DE102020124778A1 - Device for controlling a flow and distributing a fluid in a fluid circuit - Google Patents

Device for controlling a flow and distributing a fluid in a fluid circuit Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Regeln eines Durchflusses und Verteilen eines Fluids in einem Fluidkreislauf, insbesondere eines Kältemittels in einem Kältemittelkreislauf. Die Vorrichtung (1) weist ein Gehäuse (2) mit Anschlusselementen (2-1, 2-2, 2-3, 2-4) zum Verbinden mit Fluidleitungen und Durchströmöffnungen (5, 6) sowie ein innerhalb des Gehäuses (2) angeordnetes Ventilelement (4) mit Durchgangsöffnungen (9, 10) und einem Antriebselement (12) zum Bewegen des Ventilelements (4) relativ zum Gehäuse (2) auf. Das Gehäuse (2) und das Ventilelement (4) sind miteinander korrespondierend, ein Volumen (7) umschließend ausgebildet und angeordnet. Das Ventilelement (4) ist mit einer Trennwand (8) zum Unterteilen des Volumens (7) in Teilvolumina (7-1, 7-2) ausgebildet. Über die Anordnung des Ventilelements (4) mit den Durchgangsöffnungen (9, 10) zum Gehäuse (2) mit den Durchströmöffnungen (5, 6) wird mindestens ein Strömungsquerschnitt eines Strömungspfades durch das Gehäuse (2) mit den Anschlusselementen (2-1, 2-2, 2-3, 2-4) und durch das Ventilelement (4) gesteuert. Dabei sind Strömungspfade zwischen den Teilvolumina (7-1, 7-2) sowie den Teilvolumina (7-1, 7-2) und den Anschlusselementen (2-1, 2-2, 2-3, 2-4) durch die Durchgangsöffnungen (9, 10) öffenbar und verschließbar.Die Erfindung betrifft zudem eine Verwendung der Vorrichtung (1) in einem Kältemittelkreislauf eines thermischen Systems, insbesondere eines Thermomanagementsystems, eines Kraftfahrzeugs.The invention relates to a device (1) for regulating a flow and distributing a fluid in a fluid circuit, in particular a refrigerant in a refrigerant circuit. The device (1) has a housing (2) with connection elements (2-1, 2-2, 2-3, 2-4) for connection to fluid lines and flow openings (5, 6) and one arranged inside the housing (2). Valve element (4) with through openings (9, 10) and a drive element (12) for moving the valve element (4) relative to the housing (2). The housing (2) and the valve element (4) are designed and arranged to correspond to one another and enclose a volume (7). The valve element (4) is designed with a partition (8) for dividing the volume (7) into partial volumes (7-1, 7-2). At least one flow cross-section of a flow path through the housing (2) with the connection elements (2-1, 2 -2, 2-3, 2-4) and controlled by the valve element (4). There are flow paths between the partial volumes (7-1, 7-2) and the partial volumes (7-1, 7-2) and the connecting elements (2-1, 2-2, 2-3, 2-4) through the through-openings (9, 10) can be opened and closed. The invention also relates to the use of the device (1) in a refrigerant circuit of a thermal system, in particular a thermal management system, of a motor vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln eines Durchflusses und Verteilen eines Fluids in einem Fluidkreislauf, insbesondere eines Kältemittels in einem Kältemittelkreislauf. Der Kältemittelkreislauf kann als eine Komponente eines thermischen Systems eines Kraftfahrzeugs zum Konditionieren eines einem Fahrgastraum zuzuführenden Luftmassenstroms beziehungsweise einer Komponente eines Antriebsstrangs vorgesehen sein. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse mit Anschlusselementen zum Verbinden mit Fluidleitungen des Fluidkreislaufs und Durchströmöffnungen sowie ein innerhalb des Gehäuses angeordnetes Ventilelement mit Durchgangsöffnungen und einem Antriebselement zum Bewegen des Ventilelements relativ zum Gehäuse auf. Das Gehäuse und das Ventilelement sind miteinander korrespondierend, ein Volumen umschließend ausgebildet und angeordnet.The invention relates to a device for regulating a flow and distributing a fluid in a fluid circuit, in particular a refrigerant in a refrigerant circuit. The coolant circuit can be provided as a component of a thermal system of a motor vehicle for conditioning an air mass flow to be supplied to a passenger compartment or as a component of a drive train. The device has a housing with connection elements for connection to fluid lines of the fluid circuit and through-flow openings and a valve element arranged inside the housing with through-openings and a drive element for moving the valve element relative to the housing. The housing and the valve element are designed and arranged to correspond to one another, enclosing a volume.

Bei aus dem Stand der Technik bekannten Kraftfahrzeugen wird einer hohen Anforderung an den Komfort der Fahrgäste im Fahrgastraum durch Klimatisierungssysteme mit unterschiedlichen Kreisläufen für Kältemittel und Kühlmittel jeweils mit verschieden betriebenen Wärmeübertragern begegnet. So wird bei herkömmlichen Kraftfahrzeugen zur Erwärmung der Zuluft für den Fahrgastraum beispielsweise die Abwärme des Motors genutzt. Die Abwärme wird mittels eines in einem Motorkühlmittelkreislauf umgewälzten Kühlmittels zur Klimaanlage transportiert und dort über einen Heizungswärmeübertrager an die in den Fahrgastraum einströmende Luft übertragen.In motor vehicles known from the prior art, high demands on the comfort of the passengers in the passenger compartment are met by air conditioning systems with different circuits for refrigerant and coolant, each with heat exchangers operated in different ways. In conventional motor vehicles, for example, the waste heat from the engine is used to heat the intake air for the passenger compartment. The waste heat is transported to the air conditioning system by means of a coolant that is circulated in an engine coolant circuit and is then transferred to the air flowing into the passenger compartment via a heat exchanger.

Bekannte Systeme mit Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager, welche die Heizleistung aus dem Kühlmittelkreislauf eines effizienten Verbrennungsmotors des Fahrzeugantriebs beziehen, erreichen bei niedrigen Umgebungstemperaturen nicht mehr das für eine komfortable Aufheizung des Fahrgastraums erforderliche Niveau, um den Gesamtwärmebedarf des Fahrgastraums zu decken. Ähnliches gilt für Systeme in Kraftfahrzeugen mit Hybridantrieb, das heißt Kraftfahrzeugen mit sowohl elektromotorischem als auch verbrennungsmotorischem Antrieb.Known systems with coolant-air heat exchangers, which obtain the heat output from the coolant circuit of an efficient internal combustion engine of the vehicle drive, no longer reach the level required for comfortable heating of the passenger compartment at low ambient temperatures in order to cover the total heat requirement of the passenger compartment. The same applies to systems in motor vehicles with a hybrid drive, ie motor vehicles with both an electric motor and an internal combustion engine drive.

Zudem weisen herkömmliche Kraftfahrzeuge mit Hybridantrieb und Kraftfahrzeuge mit rein elektromotorischem Antrieb, kurz als Elektrofahrzeuge bezeichnet, einerseits aufgrund der Ausbildung mit zusätzlichen Komponenten, insbesondere des elektrischen Antriebsstrangs, meist einen höheren Wärmebedarf beziehungsweise Kältebedarf als Kraftfahrzeuge mit einem reinen verbrennungsmotorischen Antrieb auf. Andererseits reicht bei bekannten Kraftfahrzeugen mit Hybridantrieb sowie Elektrofahrzeugen die Heizleistung aus dem Kühlmittelkreislauf des Antriebsmotors nicht für eine komfortable Aufheizung der Luft des Fahrgastraums aus.In addition, conventional motor vehicles with a hybrid drive and motor vehicles with a purely electric motor drive, referred to as electric vehicles for short, usually have a higher heat requirement or cooling requirement than motor vehicles with a pure combustion engine drive, on the one hand due to the design with additional components, in particular the electric drive train. On the other hand, in known motor vehicles with hybrid drives and electric vehicles, the heat output from the coolant circuit of the drive motor is not sufficient for comfortable heating of the air in the passenger compartment.

Aus dem Stand der Technik ist es nunmehr bekannt, Kältemittelkreisläufe von Klimatisierungssystemen sowohl in einem Modus als Wärmepumpe als auch in einem Modus als Kälteanlage betreibbar auszubilden, um thermische Energien innerhalb des Kraftfahrzeugs zu verteilen. So kann insbesondere beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs im Wärmepumpenmodus Wärme aus der Umgebungsluft oder einem Kühlmittelkreislauf aufgenommen werden, welche anschließend an Komponenten des Kraftfahrzeugs mit Wärmebedarf oder an die Zuluft für den Fahrgastraum übertragen wird. Beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs im Kälteanlagenmodus kann Wärme aus dem Fahrgastraum beziehungsweise aus der Zuluft zum Fahrgastraum oder anderen Komponenten aufgenommen und an die Umgebung übertragen werden. Dabei sind innerhalb der thermischen Systeme Wärmeträgerkreisläufe, wie Kältemittelkreisläufe und Kühlmittelkreisläufe, untereinander und mit weiteren Komponenten des Kraftfahrzeugs verbunden. Speziell bei hybridangetriebenen Kraftfahrzeugen bestehen große Herausforderungen, das thermische System zum Konditionieren verschiedener Komponenten im vorhandenen Bauraum anzuordnen.It is now known from the prior art to design refrigerant circuits of air conditioning systems to be operable both in a mode as a heat pump and in a mode as a refrigeration system in order to distribute thermal energy within the motor vehicle. In particular, when the refrigerant circuit is operated in heat pump mode, heat can be absorbed from the ambient air or a coolant circuit, which is then transferred to components of the motor vehicle that require heat or to the supply air for the passenger compartment. When the refrigerant circuit is operated in the refrigeration system mode, heat can be absorbed from the passenger compartment or from the supply air to the passenger compartment or other components and transferred to the environment. Within the thermal systems, heat carrier circuits, such as refrigerant circuits and coolant circuits, are connected to one another and to other components of the motor vehicle. In the case of hybrid-powered motor vehicles in particular, there are major challenges in arranging the thermal system for conditioning various components in the available installation space.

In der DE 10 2013 206 626 A1 wird ein Kältemittelkreislauf zur Klimatisierung eines Kraftfahrzeugs offenbart. Der Kältemittelkreislauf weist einen Verdichter sowie mehrere als Verdampfer beziehungsweise Kondensatoren betriebene Wärmeübertrager zur Übertragung von Wärme mit dem Kältemittel auf. Dabei ist der Kältemittelkreislauf mit mindestens drei Verdampfern und zwei Kondensatoren ausgebildet, wobei jedem Verdampfer ein Expansionsventil zum Entspannen des Kältemittels vorgeschaltet und jedem Kondensator ein Rückschlagventil zum Vermeiden von Kältemittelverlagerungen innerhalb des Kältemittelkreislaufs nachgeschaltet angeordnet ist. Die Komponenten des Kältemittelkreislaufs, insbesondere die große Anzahl an Ventilen, sind jeweils über Verbindungsleitungen im Kältemittelkreislauf integriert.
Dabei ist jedes Ventil für das Ausführen lediglich einer Funktion ausgebildet, sodass jeweils eine Vielzahl an Ventilen und Verbindungsleitungen erforderlich ist, was neben hohen Kosten auch ein hohes Gewicht des Kältemittelkreislaufs verursacht und eines erheblichen Bauraums bedarf.In the DE 10 2013 206 626 A1 discloses a refrigerant circuit for air conditioning a motor vehicle. The refrigerant circuit has a compressor and several heat exchangers operated as evaporators or condensers for transferring heat with the refrigerant. The refrigerant circuit is designed with at least three evaporators and two condensers, with each evaporator being preceded by an expansion valve for expanding the refrigerant and a check valve being arranged downstream of each condenser to prevent refrigerant shifts within the refrigerant circuit. The components of the refrigerant circuit, in particular the large number of valves, are each integrated into the refrigerant circuit via connecting lines.
In this case, each valve is designed to perform only one function, so that a large number of valves and connecting lines are required in each case, which, in addition to high costs, also causes the refrigerant circuit to be heavy and requires considerable installation space.

Aus der DE 10 2017 101 208 A1 geht ein Ventil für ein Wärmepumpensystem in einem Kraftfahrzeug mit einem Einlass, zwei Auslässen und einem kugelförmigen, um eine Symmetrieachse drehbaren Ventilelement hervor. Das Ventilelement weist einen Durchlass und eine Expansionsausnehmung auf, welche mit einem Auslass des Ventils in Strömungsverbindung gebracht werden kann.From the DE 10 2017 101 208 A1 discloses a valve for a heat pump system in a motor vehicle with an inlet, two outlets and a spherical valve element which can be rotated about an axis of symmetry. The valve member has a passage and an expansion cavity tion, which can be brought into flow communication with an outlet of the valve.

In der DE 10 2014 105 097 A1 wird eine Ventilblockanordnung für mehrere Ventile, insbesondere Expansionsventile beziehungsweise Absperrventile, beschrieben. Die Anordnung weist einen Ventilblock mit mehreren Strömungspfaden für Fluide sowie mehrere kugelförmige, jeweils um eine Symmetrieachse drehbare Ventilelemente als Verstelleinheiten mit zugeordneten Antriebseinheiten auf. Der Ventilblock ist zweiteilig aus einem Strömungspfadelement mit den Strömungspfaden und einem Begrenzungselement ausgebildet. Die Ventilblockanordnung weist dabei speziell vier in einem Block zusammengefasste Kältemittelventile auf, beispielsweise um die Anzahl der Verbindungsleitungen im Kältemittelkreislauf zu reduzieren.In the DE 10 2014 105 097 A1 a valve block arrangement for a plurality of valves, in particular expansion valves or check valves, is described. The arrangement has a valve block with a plurality of flow paths for fluids and a plurality of spherical valve elements, each rotatable about an axis of symmetry, as adjustment units with associated drive units. The valve block is formed in two parts from a flow path element with the flow paths and a limiting element. The valve block arrangement specifically has four refrigerant valves combined in one block, for example in order to reduce the number of connecting lines in the refrigerant circuit.

Die sehr komplexe Ausbildung der zweiteiligen Ventilblockanordnung mit jeweils zwei Ventilelementen und Antriebseinheiten fordert zusätzliche Komponenten, wie Dichtungen, Führungen und Verschraubungen, was wiederum hohe Herstellungskosten, einen großen Bauraum, eine hohe Fehleranfälligkeit bei der Montage, hohe Anforderungen an die Dichtheit und Festigkeit sowie ein hohes Gewicht verursacht. Zudem sind kugelförmige Ventilelemente sehr präzise zu fertigen, was die Herstellungskosten ebenfalls erhöht. Des Weiteren treten bei hohen Druckdifferenzen zwischen dem Einlass und dem Auslass hohe Reibungskräfte zwischen dem kugelförmigen Ventilelement und einem kombinierten Dicht-Lager-Element auf.The very complex design of the two-part valve block arrangement, each with two valve elements and drive units, requires additional components such as seals, guides and screw connections, which in turn results in high manufacturing costs, a large installation space, a high susceptibility to errors during assembly, high demands on tightness and strength as well as a high weight caused. In addition, spherical valve elements can be manufactured very precisely, which also increases the manufacturing costs. Furthermore, when there are high pressure differences between the inlet and the outlet, high frictional forces occur between the spherical valve element and a combined sealing-bearing element.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Vorrichtung zum Regeln eines Durchflusses und Verteilen eines Fluids in einem Fluidkreislauf, insbesondere in einem Kältemittelkreislauf eines thermischen Systems eines Kraftfahrzeugs. Dabei sollen mit einer minimalen Anzahl an Komponenten eine maximale Anzahl an Wärmequellen und Wärmesenken des thermischen Systems kältemittelseitig miteinander verbunden werden. Zudem sollen die Herstellungs-, Wartungs- und Betriebskosten sowie der erforderliche Bauraum, das Gewicht und die Montagezeit der Vorrichtung minimal sein. Das thermische System soll mit maximaler Effizienz betreibbar sein.The object of the invention is to provide a device for regulating a flow and distributing a fluid in a fluid circuit, in particular in a refrigerant circuit of a thermal system of a motor vehicle. A maximum number of heat sources and heat sinks of the thermal system should be connected to one another on the refrigerant side with a minimum number of components. In addition, the production, maintenance and operating costs as well as the required installation space, the weight and the assembly time of the device should be minimal. The thermal system should be operable with maximum efficiency.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.The object is solved by the objects with the features of the independent patent claims. Further developments are specified in the dependent patent claims.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Regeln eines Durchflusses und Verteilen eines Fluids in einem Fluidkreislauf, insbesondere eines Kältemittels in einem Kältemittelkreislauf, gelöst. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse mit Anschlusselementen zum Verbinden der Vorrichtung mit Fluidleitungen des Fluidkreislaufs und Durchströmöffnungen sowie ein innerhalb des Gehäuses angeordnetes Ventilelement mit Durchgangsöffnungen und einem Antriebselement zum Bewegen des Ventilelements relativ zum Gehäuse auf. Das Gehäuse und das Ventilelement sind miteinander korrespondierend, ein Volumen umschließend ausgebildet und angeordnet.The object is achieved by a device for regulating a flow and distributing a fluid in a fluid circuit, in particular a refrigerant in a refrigerant circuit. The device has a housing with connection elements for connecting the device to fluid lines of the fluid circuit and through-flow openings and a valve element arranged inside the housing with through-openings and a drive element for moving the valve element relative to the housing. The housing and the valve element are designed and arranged to correspond to one another, enclosing a volume.

Nach der Konzeption der Erfindung weist das Ventilelement eine Trennwand zum Unterteilen des Volumens in ein erstes Teilvolumen und ein zweites Teilvolumen auf. Mit der Anordnung des Ventilelements mit den Durchgangsöffnungen zum Gehäuse mit den Durchströmöffnungen ist mindestens ein Strömungsquerschnitt eines Strömungspfades durch das Gehäuse mit den Anschlusselementen und durch das Ventilelement steuernd ausgebildet. Dabei sind zwischen den beiden Teilvolumina sowie den Teilvolumina und den Anschlusselementen durch die Durchgangsöffnungen Strömungspfade öffenbar und verschließbar.According to the conception of the invention, the valve element has a partition for dividing the volume into a first partial volume and a second partial volume. With the arrangement of the valve element with the through-openings to the housing with the flow-through openings, at least one flow cross-section of a flow path through the housing with the connection elements and through the valve element is designed to be controlled. In this case, flow paths can be opened and closed through the through-openings between the two partial volumes and the partial volumes and the connecting elements.

Das Gehäuse ist vorteilhaft hohlzylinderförmig, insbesondere hohlkreiszylinderförmig, mit geschlossenen Stirnseiten und einer Mittelachse ausgebildet. Der Hohlzylinder weist dabei insbesondere die Form eines geraden Zylinders mit parallel zueinander angeordneten Stirnseiten auf.The housing is advantageously in the form of a hollow cylinder, in particular a hollow circular cylinder, with closed end faces and a central axis. The hollow cylinder has in particular the shape of a straight cylinder with end faces arranged parallel to one another.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens zwei Anschlusselemente an einer Mantelfläche des Gehäuses derart ausgebildet, dass jeweils eine erste Durchströmöffnung und eine zweite Durchströmöffnung des Gehäuses fluidtechnisch miteinander sowie mit einem Stutzen zum Anschließen einer Fluidleitung verbunden sind. Dabei sind die Teilvolumina der Vorrichtung über erste Durchgangsöffnungen und zweite Durchgangsöffnungen des Ventilelements sowie die Durchströmöffnungen des Gehäuses miteinander verbindbar.According to a preferred embodiment of the invention, at least two connection elements are formed on a lateral surface of the housing in such a way that a first through-flow opening and a second through-flow opening of the housing are fluidically connected to one another and to a socket for connecting a fluid line. The partial volumes of the device can be connected to one another via first through-openings and second through-openings in the valve element and through-flow openings in the housing.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass jeweils ein Anschlusselement an einer der geschlossenen Stirnseiten des Gehäuses angeordnet ist. Dabei kann ein an einer ersten Stirnseite des Gehäuses angeordnetes erstes Anschlusselement mit einer Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs verbunden sein, während ein an einer zweiten Stirnseite des Gehäuses angeordnetes zweites Anschlusselement mit einer Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs verbunden sein kann.A further advantage of the invention is that a connection element is arranged on one of the closed end faces of the housing. A first connection element arranged on a first end face of the housing can be connected to a high-pressure side of the refrigerant circuit, while a second connection element arranged on a second end face of the housing can be connected to a low-pressure side of the refrigerant circuit.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind in der Mantelfläche des Gehäuses ausgebildete erste Durchströmöffnungen in einer gemeinsamen ersten Ebene und in der Mantelfläche des Gehäuses ausgebildete zweite Durchströmöffnungen in einer gemeinsamen zweiten Ebene angeordnet. Die Ebenen sind jeweils von Richtungen x, y aufgespannt und in einer Längsrichtung z voneinander beabstandet angeordnet. Die Richtungen x, y, z sind jeweils senkrecht zueinander ausgerichtet. Dabei können zwei Durchströmöffnungen einer Ebene jeweils diametral gegenüberliegend am Gehäuse ausgebildet sein.According to an advantageous embodiment of the invention, first through-flow openings formed in the lateral surface of the housing are in a common first plane and second through-flow openings formed in the lateral surface of the housing are in a common second plane arranges. The planes are each spanned by directions x, y and are spaced apart from one another in a longitudinal direction z. The directions x, y, z are each aligned perpendicular to one another. In this case, two through-flow openings in one plane can each be formed diametrically opposite one another on the housing.

Eine erste Durchströmöffnung und eine zweite Durchströmöffnung sind vorzugsweise jeweils in der Längsrichtung z beabstandet zueinander auf einer Mantellinie des Gehäuses angeordnet.A first through-flow opening and a second through-flow opening are preferably each arranged spaced apart from one another in the longitudinal direction z on a surface line of the housing.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Ventilelement hohlzylinderförmig, insbesondere hohlkreiszylinderförmig, ausgebildet. Dabei sind eine Rotationsachse des Ventilelements und die Mittelachse des Gehäuses deckungsgleich zueinander in der Längsrichtung z ausgerichtet und das Ventilelement mit einer Mantelfläche koaxial zum Gehäuse angeordnet. Durch die Rotation des Ventilelements um die Rotationsachse wird die relative Bewegung des Ventilelements zum feststehenden Gehäuse bewirkt.According to a development of the invention, the valve element is in the form of a hollow cylinder, in particular a hollow circular cylinder. A rotational axis of the valve element and the central axis of the housing are aligned congruently with one another in the longitudinal direction z and the valve element is arranged with a lateral surface coaxially with the housing. The relative movement of the valve element to the fixed housing is brought about by the rotation of the valve element about the axis of rotation.

Das Ventilelement weist vorzugsweise zwei offene Stirnseiten und die Trennwand auf, welche das von der Mantelfläche in Umfangsrichtung umschlossene Volumen in die zwei Teilvolumina unterteilt. Dabei ist das Ventilelement mit den offenen Stirnseiten jeweils zu einer geschlossenen Stirnseite des Gehäuses hin derart ausgerichtet angeordnet, dass jedes Teilvolumen von der Mantelfläche und der Trennwand des Ventilelements sowie einer geschlossenen Stirnseite des Gehäuses begrenzt ist. Zudem sind die vom Ventilelement und vom Gehäuse umschlossenen Teilvolumina an Kontaktflächen des Ventilelements zum Gehäuse fluiddicht.The valve element preferably has two open end faces and the dividing wall, which divides the volume enclosed by the lateral surface in the circumferential direction into the two partial volumes. The valve element is arranged with the open end faces aligned towards a closed end face of the housing in such a way that each partial volume is delimited by the lateral surface and the partition wall of the valve element and a closed end face of the housing. In addition, the partial volumes enclosed by the valve element and the housing are fluid-tight at the contact surfaces of the valve element with the housing.

Das Ventilelement ist vorteilhaft als ein gerader Zylinder ausgebildet, bei welchem die Stirnseiten sowie die Trennwand jeweils in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse des Ventilelements angeordnet sind. Die Ebene der Trennwand ist bevorzugt zwischen den zwei beabstandet zueinander angeordneten Ebenen der Durchströmöffnungen des Gehäuses ausgerichtet. Das Ventilelement ist an den Stirnseiten des Gehäuses bevorzugt jeweils über ein Achslager am Gehäuse abgestützt angeordnet.The valve element is advantageously designed as a straight cylinder, in which the end faces and the partition wall are each arranged in a plane perpendicular to the axis of rotation of the valve element. The plane of the partition wall is preferably aligned between the two planes of the through-flow openings of the housing which are arranged at a distance from one another. The valve element is arranged on the end faces of the housing, preferably supported on the housing via an axle bearing.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das Ventilelement mindestens drei in der Mantelfläche des Ventilelements ausgebildete Durchgangsöffnungen auf. Dabei sind erste Durchgangsöffnungen in einer gemeinsamen ersten Ebene jeweils in das erste Teilvolumen einmündend und zweite Durchgangsöffnungen in einer gemeinsamen zweiten Ebene jeweils in das zweite Teilvolumen einmündend angeordnet. Die Ebenen sind jeweils von den Richtungen x, y aufgespannt und in der Längsrichtung z voneinander beabstandet derart angeordnet, dass die erste Ebene in einer Ebene erster Durchströmöffnungen des Gehäuses und die zweite Ebene in einer Ebene zweiter Durchströmöffnungen des Gehäuses ausgerichtet sind.According to a development of the invention, the valve element has at least three through-openings formed in the outer surface of the valve element. In this case, first passage openings are arranged in a common first plane each opening into the first partial volume and second passage openings are arranged in a common second plane each opening into the second partial volume. The planes are each spanned by the directions x, y and are spaced apart from one another in the longitudinal direction z in such a way that the first plane is aligned in a plane of the first through-flow openings in the housing and the second plane is aligned in a plane of the second through-flow openings in the housing.

Die Trennwand des Ventilelements ist in der Längsrichtung z zwischen den beabstandet zueinander angeordneten Ebenen der Durchgangsöffnungen des Ventilelements ausgebildet.The dividing wall of the valve element is formed in the longitudinal direction z between the planes of the passage openings of the valve element which are arranged at a distance from one another.

Jeweils in einer Ebene benachbart zueinander angeordnete Durchgangsöffnungen des Ventilelements sind vorteilhaft in einem ganzzahligen Vielfachen eines Winkels von 30° versetzt zueinander ausgerichtet.Through-openings of the valve element arranged adjacent to one another in a plane are advantageously offset from one another by an integral multiple of an angle of 30°.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Durchströmöffnungen des Gehäuses und die Durchgangsöffnungen des Ventilelements derart miteinander korrespondierend ausgebildet und zueinander anordenbar, dass das Fluid beim Durchströmen des geöffneten Strömungspfades expandiert. Die Durchströmöffnungen des Gehäuses beziehungsweise die vorzugsweise jeweils mit einem im Wesentlichen kreisrunden Strömungsquerschnitt mit konstantem Durchmesser ausgebildeten Durchgangsöffnungen des Ventilelements können an einem umfänglichen Rand Ausformungen, insbesondere Einkerbungen oder Einschnitte, aufweisen, um sehr kleine und gut einstellbare Strömungsquerschnitte einzustellen und derart den Massenstrom des Fluids zu dosieren.According to a further preferred embodiment of the invention, the through-flow openings of the housing and the through-openings of the valve element are designed to correspond to one another and can be arranged relative to one another such that the fluid expands as it flows through the open flow path. The through-flow openings of the housing or the through-openings of the valve element, each of which is preferably designed with a substantially circular flow cross-section with a constant diameter, can have formations, in particular notches or incisions, on a peripheral edge in order to set very small and easily adjustable flow cross-sections and thus increase the mass flow of the fluid dose.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass an der Oberfläche des Ventilelements, ausgehend von einem Rand der Durchgangsöffnung mindestens eine Nut ausgebildet ist, welche sich entlang einer radialen Richtung nach außen erstreckt. Dabei kann sich ein Strömungsquerschnitt der Nut der Durchgangsöffnung in radialer Richtung nach außen verjüngend oder mit einer konstanten Breite ausgebildet sein.A further advantage of the invention is that at least one groove is formed on the surface of the valve element, starting from an edge of the through opening, which groove extends outwards along a radial direction. A flow cross section of the groove of the through-opening can taper outwards in the radial direction or can be designed with a constant width.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Ventilelement über ein Verbindungselement mit einem Antriebselement verbunden. Das Antriebselement ist dabei vorzugsweise im Bereich einer Stirnseite des Gehäuses außerhalb des Gehäuses angeordnet.According to a further advantageous embodiment of the invention, the valve element is connected to a drive element via a connecting element. The drive element is preferably arranged in the area of an end face of the housing outside of the housing.

Das Verbindungselement ist jeweils bevorzugt als eine Welle ausgebildet, wobei eine Rotationsachse des Verbindungselements deckungsgleich zur Mittelachse des Gehäuses angeordnet ist.The connecting element is in each case preferably designed as a shaft, with an axis of rotation of the connecting element being arranged congruently with the central axis of the housing.

Das Verbindungselement ist vorteilhaft jeweils an einem ersten Ende fest mit dem Antriebselement und an einem zum ersten Ende distal ausgebildeten zweiten Ende durch eine Stirnseite in das Gehäuse hineinragend und mit dem Ventilelement verbunden angeordnet.The connecting element is advantageously fixed to the drive element at a first end and distal to the first end at one end second end formed projecting through an end face into the housing and arranged connected to the valve element.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Ventilelement über das Verbindungselement an den Stirnseiten des Gehäuses jeweils über ein Achslager am Gehäuse abgestützt angeordnet ist. Dabei ist das Verbindungselement in einem Bereich einer Durchführung durch die erste Stirnseite des Gehäuses und mit dem zweiten Ende an der zweiten Stirnseite des Gehäuses jeweils über ein Radiallager geführt. Mindestens eines der Lager kann auch als ein Axial-Radial-Lager ausgebildet sein.A further advantage of the invention is that the valve element is arranged supported on the housing via the connecting element on the end faces of the housing in each case via an axle bearing. In this case, the connecting element is guided in a region of a passage through the first end face of the housing and with the second end on the second end face of the housing in each case via a radial bearing. At least one of the bearings can also be designed as an axial-radial bearing.

Das Antriebselement ist bevorzugt als ein elektrischer Stellmotor, insbesondere als ein Schrittmotor, ausgebildet.The drive element is preferably designed as an electric servomotor, in particular as a stepping motor.

Die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Regeln eines Durchflusses und Verteilen eines Fluids in einem Kältemittelkreislauf eines thermischen Systems, insbesondere eines Thermomanagementsystems, eines Kraftfahrzeugs beispielsweise zum Konditionieren mindestens eines einem Fahrgastraum zuzuführenden Luftmassenstroms beziehungsweise mindestens einer Komponente eines Antriebsstrangs. Die Vorrichtung dient dann als ein adaptives Mehrwege-Kältemittelventil für die Fahrzeugklimatisierung und kann anstelle verschiedener Kugelventile eingesetzt werden.The advantageous embodiment of the invention enables the use of the device according to the invention for regulating a flow and distributing a fluid in a refrigerant circuit of a thermal system, in particular a thermal management system, of a motor vehicle, for example for conditioning at least one air mass flow to be supplied to a passenger compartment or at least one component of a drive train. The device then serves as an adaptive multi-way refrigerant valve for vehicle air conditioning and can be used in place of various ball valves.

Mit unterschiedlichen Modifikationen der Vorrichtung besteht die Möglichkeit, sämtliche herkömmliche Ventile mit kugelförmigen Ventilelementen, wie Absperrventile, Expansionsventile oder 3/2-Wege-Ventile, insbesondere für Kältemittel, zu ersetzen. Mit der speziell als Mehrwege-Ventil ausgebildeten erfindungsgemäßen Vorrichtung können die unterschiedlichen Anschlüsse je nach Bedarf in verschiedenen Kombinationen miteinander verbunden werden, um eine Vielzahl von Durchströmungspfaden zu gewährleisten.With different modifications of the device, it is possible to replace all conventional valves with spherical valve elements, such as shut-off valves, expansion valves or 3/2-way valves, especially for refrigerants. With the device according to the invention, which is specially designed as a multi-way valve, the different connections can be connected to one another in different combinations, as required, in order to ensure a large number of flow paths.

Das zylindrische Ventilelement ist einfach herzustellen, was einen hohen Kostenvorteil und Qualitätsvorteil der Vorrichtung bewirkt. Die Auswahlmöglichkeit der für das Ventilelement zu verwendenden Materialien ist groß.The cylindrical valve element is easy to manufacture, resulting in a high cost advantage and quality advantage of the device. The choice of materials to be used for the valve element is large.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist insbesondere als ein hochvariables Kältemittelventil mit einer Vielzahl von möglichen Durchströmungspfaden zusammenfassend weitere diverse Vorteile auf:

  • - mit minimaler Anzahl an Komponenten, wie Antriebselementen, elektrischen Leitungen, Fluidleitungen und rotierenden Elementen, können eine maximale Anzahl an Wärmequellen und Wärmesenken des thermischen Systems kältemittelseitig miteinander verbunden werden,
  • - minimaler Verschleiß durch minimale Reibung des Ventilelements, beispielsweise an Dichtelementen oder in Lagern, dadurch minimale Sekundärkosten, insbesondere für das Antriebselement beziehungsweise maximale Drehmomentreserve,
  • - durch einfache Konstruktion minimale Herstellungs-, Wartungs- und Betriebskosten bei hoher Qualität der Vorrichtung und hohe fertigbare Stückzahl durch Vereinheitlichung von Ventiltypen, einfaches Anpassen verschiedener Ventiltypen und einfache Adaption an wechselnde Anforderungen sowie
  • - maximale Effizienz beim Betrieb des thermischen Systems bei minimalem erforderlichen Bauraum der Vorrichtung.
In particular, as a highly variable refrigerant valve with a large number of possible flow paths, the device according to the invention has, in summary, further diverse advantages:
  • - with a minimum number of components, such as drive elements, electrical lines, fluid lines and rotating elements, a maximum number of heat sources and heat sinks of the thermal system can be connected to one another on the refrigerant side,
  • - minimal wear due to minimal friction of the valve element, for example on sealing elements or in bearings, resulting in minimal secondary costs, especially for the drive element or maximum torque reserve,
  • - Minimal manufacturing, maintenance and operating costs with high quality of the device and high manufacturable quantities due to simple construction through standardization of valve types, easy adaptation of different valve types and easy adaptation to changing requirements as well
  • - maximum efficiency in the operation of the thermal system with minimal space required for the device.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:

  • 1a und 1b: eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zum Regeln eines Durchflusses und Verteilen eines Fluids in einem Fluidkreislauf, insbesondere eines Ventils für Kältemittelkreisläufe eines thermischen Systems eines Kraftfahrzeugs, in einer perspektivischen Seitenansicht sowie einer seitlichen Schnittdarstellung,
  • 2a bis 2e: jeweils Stellungen der Vorrichtung aus 1 abhängig vom Betriebsmodus des Kältemittelkreislaufs in einer Draufsicht,
  • 3a: eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zum Regeln eines Durchflusses und Verteilen eines Fluids in einem Fluidkreislauf in einer Betriebsstellung in einer perspektivischen Seitenansicht,
  • 3b: eine Mantelfläche eines Ventilelements der Vorrichtung aus 3a mit über einen Umfang verteilt angeordneten Durchgangsöffnungen sowie
  • 4a bis 4c: jeweils ein Ventilelement mit einer Durchgangsöffnung und den jeweiligen Strömungsquerschnitt der Durchgangsöffnung des Ventilelements in Verbindung mit einer Durchströmöffnung eines Anschlusses des Gehäuses.
Further details, features and advantages of embodiments of the invention result from the following description of exemplary embodiments with reference to the associated drawings. Show it:
  • 1a and 1b : a first embodiment of a device for regulating a flow and distributing a fluid in a fluid circuit, in particular a valve for refrigerant circuits of a thermal system of a motor vehicle, in a perspective side view and a lateral sectional view,
  • 2a until 2e : respective positions of the device 1 depending on the operating mode of the refrigerant circuit in a plan view,
  • 3a : a second embodiment of a device for regulating a flow and distributing a fluid in a fluid circuit in an operating position in a perspective side view,
  • 3b : an outer surface of a valve element of the device 3a with through openings distributed over a circumference and
  • 4a until 4c : in each case a valve element with a through-opening and the respective flow cross-section of the through-opening of the valve element in connection with a flow-through opening of a connection of the housing.

Aus den 1a und 1b geht jeweils eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zum Regeln eines Durchflusses und Verteilen eines Fluids in einem Fluidkreislauf, insbesondere eines Ventils für Kältemittelkreisläufe eines thermischen Systems eines Kraftfahrzeugs, in einer perspektivischen Seitenansicht gemäß 1a sowie einer seitlichen Schnittdarstellung gemäß 1b hervor.From the 1a and 1b is a first embodiment of a device 1 for regulating a flow and distributing a fluid in a fluid circuit, in particular a valve for refrigerant circuits of a thermal System of a motor vehicle, according to a perspective side view 1a and according to a lateral sectional view 1b out.

Die Vorrichtung 1 weist ein Gehäuse 2 und ein Ventilelement 4 sowie ein Antriebselement 12 zum Bewegen des Ventilelements 4 mit einem Verbindungselement 13 als Verbindung zum Ventilelement 4 auf. Das Antriebselement 12 und das Verbindungselement 13 sind in 1a nicht dargestellt. Das als ein Hohlkreiszylinder mit einer Mittelachse 3 ausgebildete Gehäuse 2 ist an den Stirnseiten 2a, 2b mittels Abschlusselementen verschlossen. Die Mittelachse 3 ist in einer vertikal verlaufenden Längsrichtung z ausgerichtet. Die Stirnseiten 2a, 2b des Gehäuses 2 sind parallel zueinander angeordnet.The device 1 has a housing 2 and a valve element 4 and a drive element 12 for moving the valve element 4 with a connecting element 13 as a connection to the valve element 4 . The drive element 12 and the connecting element 13 are in 1a not shown. The housing 2, which is designed as a hollow circular cylinder with a central axis 3, is closed at the end faces 2a, 2b by means of closing elements. The central axis 3 is aligned in a vertically running longitudinal direction z. The end faces 2a, 2b of the housing 2 are arranged parallel to one another.

Das als eine Welle beziehungsweise als ein Stellschaft ausgebildete Verbindungselement 13 ist gemäß 1b an einem ersten Ende fest mit dem Antriebselement 12 verbunden. Mit dem zum ersten Ende distal ausgebildeten zweiten Ende ist das Verbindungselement 13 durch das Abschlusselement einer ersten Stirnseite 2a in das Gehäuse 2 hineinragend angeordnet. Die Längsachse des Verbindungselements 13 ist deckungsgleich auf der Mittelachse 3 des Gehäuses 2 angeordnet. Das Antriebselement 12 ist als Stellmotor zum Antreiben des Verbindungselements 13 ausgebildet.The connecting element 13 designed as a shaft or as an adjusting shaft is provided according to FIG 1b fixedly connected to the drive element 12 at a first end. With the second end formed distally to the first end, the connecting element 13 is arranged protruding through the closing element of a first end face 2a into the housing 2 . The longitudinal axis of the connecting element 13 is arranged congruently on the central axis 3 of the housing 2 . The drive element 12 is designed as a servomotor for driving the connecting element 13 .

Das rotationssymmetrisch um die in der Längsrichtung z ausgerichtete Mittelachse 3 ausgebildete hohlkreiszylinderförmige Gehäuse 2 weist eine Vielzahl von als Stutzen ausgebildete Anschlusselemente 2-1, 2-2, 2-3, 2-4, insbesondere vier Anschlusselemente 2-1, 2-2, 2-3, 2-4, zum Verbinden mit Fluidleitungen, speziell Kältemittelleitungen, auf.The housing 2, which is rotationally symmetrical about the central axis 3 aligned in the longitudinal direction z, has a plurality of connecting elements 2-1, 2-2, 2-3, 2-4, in particular four connecting elements 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 for connecting to fluid lines, especially refrigerant lines.

Dabei ist jeweils ein Anschlusselement 2-1, 2-2 an einer der sich gegenüberliegenden, geschlossenen Stirnseite 2a, 2b des Gehäuses 2 angeordnet, während zwei Anschlusselemente 2-3, 2-4 an der Mantelfläche des Gehäuses 2 vorgesehen sind. Die zwei an der Mantelfläche des Gehäuses 2 sich diametral gegenüberliegend angeordneten Anschlusselemente 2-3, 2-4 sind derart ausgebildet, dass jeweils zwei Durchströmöffnungen 5, 6 des Gehäuses 2 fluidtechnisch miteinander sowie mit einem Stutzen zum Anschließen einer Fluidleitung verbunden sind. Dabei ist das Anschlusselement 2-3, 2-4 beispielsweise mit einem T-förmigen Kanal ausgebildet.In this case, one connection element 2 - 1 , 2 - 2 is arranged on one of the opposite, closed end faces 2 a , 2 b of the housing 2 , while two connection elements 2 - 3 , 2 - 4 are provided on the lateral surface of the housing 2 . The two connection elements 2-3, 2-4 arranged diametrically opposite one another on the lateral surface of the housing 2 are designed in such a way that two flow-through openings 5, 6 of the housing 2 are fluidically connected to one another and to a socket for connecting a fluid line. In this case, the connection element 2-3, 2-4 is designed, for example, with a T-shaped channel.

Die in der Mantelfläche des Gehäuses 2 ausgebildeten ersten Durchströmöffnungen 5 sind in einer gemeinsamen ersten, von horizontalen Richtungen x, y aufgespannten Ebene angeordnet, während die in der Mantelfläche des Gehäuses 2 ausgebildeten zweiten Durchströmöffnungen 6 in einer gemeinsamen zweiten, von den horizontalen Richtungen x, y aufgespannten Ebene angeordnet sind. Die erste horizontal ausgerichtete Ebene und die zweite horizontal ausgerichtete Ebene sind in der vertikalen Richtung z voneinander beabstandet.The first through-flow openings 5 formed in the lateral surface of the housing 2 are arranged in a common first plane spanned by horizontal directions x, y, while the second through-flow openings 6 formed in the lateral surface of the housing 2 are arranged in a common second plane spanned by the horizontal directions x, y spanned plane are arranged. The first horizontally oriented plane and the second horizontally oriented plane are spaced from each other in the vertical direction z.

Die Durchströmöffnungen 5, 6 einer Ebene sind sich jeweils diametral gegenüberliegend am Gehäuse 2 ausgebildet. Dabei sind jeweils eine erste Durchströmöffnung 5 der ersten Ebene und eine zweite Durchströmöffnung 6 der zweiten Ebene in der Längsrichtung z beabstandet zueinander auf einer Mantellinie des kreiszylindrischen Gehäuses 2 angeordnet. Die jeweils auf einer Mantellinie des Gehäuses 2 vorgesehenen Durchströmöffnungen 5, 6 und die dazugehörigen an der Mantelfläche des Gehäuses 2 ausgebildeten zwei Anschlusselemente 2-3, 2-4 können auch in vom 180°-Winkel abweichenden Winkeln versetzt zueinander ausgerichtet sein, um die Vorrichtung 1 beispielsweise an einen vorhandenen Bauraum anzupassen.The through-flow openings 5, 6 of a plane are each formed diametrically opposite one another on the housing 2. A first through-flow opening 5 in the first plane and a second through-flow opening 6 in the second plane are arranged spaced apart from one another in the longitudinal direction z on a surface line of the circular-cylindrical housing 2 . The flow openings 5, 6 provided on a surface line of the housing 2 and the associated two connection elements 2-3, 2-4 formed on the surface of the housing 2 can also be aligned offset to one another at angles deviating from 180° in order to align the device 1, for example, to adapt to an existing installation space.

Zudem können sowohl die Gesamtanzahl der Anschlusselemente des Gehäuses 2 als auch die Anzahl der Durchgangsöffnungen 5, 6 einer Ebene des Gehäuses 2 je nach Bedarf variieren. Die Anzahlen sind dabei jeweils lediglich durch die Geometrie der Anschlusselemente beziehungsweise Durchgangsöffnungen selbst und den Durchmesser des Gehäuses 2 begrenzt.In addition, both the total number of connection elements of the housing 2 and the number of through openings 5, 6 in a plane of the housing 2 can vary as required. The numbers are in each case only limited by the geometry of the connection elements or through openings themselves and the diameter of the housing 2 .

Mit dem an der in vertikaler Richtung y ausgerichteten ersten Stirnseite 2a der Vorrichtung 1 angeordneten Antriebselement 12 wird eine Drehbewegung des mit dem Antriebselement 12 verbundenen Verbindungselements 13 um die Längsachse 3 erzeugt, welche an das mit dem Verbindungselement 13 gekoppelte Ventilelement 4 übertragen wird. Mit dem Antriebselement 12 kann das Ventilelement 4 relativ zum Gehäuse 2 um eine Rotationsachse 3 bewegt werden. Die Rotationsachse 3 des Ventilelements 4, die Längsachse 3 des Verbindungselements 13 und die Mittelachse 3 des Gehäuses 2 sind deckungsgleich zueinander in Längsrichtung z ausgerichtet angeordnet. Das Ventilelement 4 ist an der ersten Stirnseite 2a über ein nicht dargestelltes, als eine Achsdurchführung ausgebildetes Achslager sowie an der zweiten Stirnseite 2b über ein nicht dargestelltes Achslager am Gehäuse 2 abgestützt angeordnet. Die Achslager sind insbesondere als Radiallager konfiguriert, wobei das an der zweiten Stirnseite 2b des Gehäuses 2 vorgesehene Lager vorzugsweise auch als ein Axial-Radial-Lager ausgebildet sein kann. Durch die Aufnahme der Kraft senkrecht zur Rotationsachse 3 wirkt keine Kraft auf Dichtungen und die Reibung wird minimiert. Je geringer die Reibung ist, umso geringer ist die Kraft zum Betätigen und Antreiben des Ventilelements 4. Bei minimalem Drehmoment kann ein kleines und kostengünstiges Antriebselement 12 verwendet werden oder die Kraftreserve ist höher. Zudem Gewährleisten die Achslager eine optimal fluchtende Anordnung des Ventilelements 4 innerhalb des Gehäuses 2.With the drive element 12 arranged on the first end face 2a of the device 1 oriented in the vertical direction y, a rotational movement of the connecting element 13 connected to the drive element 12 is generated about the longitudinal axis 3, which is transmitted to the valve element 4 coupled to the connecting element 13. The valve element 4 can be moved about an axis of rotation 3 relative to the housing 2 with the drive element 12 . The axis of rotation 3 of the valve element 4, the longitudinal axis 3 of the connecting element 13 and the central axis 3 of the housing 2 are aligned congruently with one another in the longitudinal direction z. The valve element 4 is supported on the first end face 2a via an axle bearing (not shown) designed as an axle passage and on the second end face 2b via an axle bearing (not shown) on the housing 2 . The axle bearings are configured in particular as radial bearings, with the bearing provided on the second end face 2b of the housing 2 preferably also being in the form of an axial-radial bearing. By absorbing the force perpendicular to the axis of rotation 3, no force acts on the seals and friction is minimized. The lower the friction, the lower the force for actuating and driving the valve element 4. With a minimum torque, a small and inexpensive drive element 12 can be used, or the power reserve is higher. Also guarantee the axle bearings ensure an optimally aligned arrangement of the valve element 4 within the housing 2.

Das Ventilelement 4 ist hohlzylinderförmig mit einem kreisrunden Querschnitt ausgebildet und weist die Form einer Hülse mit offenen Stirnflächen auf, welche jeweils in Längsrichtung z und damit zu den geschlossenen Stirnseiten 2a, 2b des Gehäuses 2 weisen. Ein vom Ventilelement 4 und vom Gehäuse 2 umschlossenes Volumen 7 wird durch eine innere Mantelfläche des Ventilelements 4 und die Stirnseiten 2a, 2b des Gehäuses 2 begrenzt.The valve element 4 is hollow-cylindrical with a circular cross-section and has the shape of a sleeve with open end faces, which each point in the longitudinal direction z and thus to the closed end faces 2a, 2b of the housing 2. A volume 7 enclosed by the valve element 4 and the housing 2 is delimited by an inner lateral surface of the valve element 4 and the end faces 2a, 2b of the housing 2. FIG.

Eine äußere Mantelfläche des Ventilelements 4 ist mit einem Durchmesser ausgebildet, welcher einem Innendurchmesser einer inneren Mantelfläche des Gehäuses 2 abzüglich eines Spalts zum Bewegen des Ventilelements 4 in Bezug zum Gehäuse 2 entspricht. Das Ventilelement 4 ist fluiddicht zum Gehäuse 2 hin abgedichtet, um lediglich mindestens einen gezielten Einlass und mindestens einen gezielten Auslass des vom Ventilelement 4 und vom Gehäuse 2 umschlossenen Volumens 7 bereitzustellen und unerwünschte Bypassströmungen zu vermeiden.An outer lateral surface of the valve element 4 is formed with a diameter which corresponds to an inner diameter of an inner lateral surface of the housing 2 minus a gap for moving the valve element 4 in relation to the housing 2 . The valve element 4 is sealed in a fluid-tight manner in relation to the housing 2 in order to provide only at least one targeted inlet and at least one targeted outlet of the volume 7 enclosed by the valve element 4 and the housing 2 and to avoid undesirable bypass flows.

Das Ventilelement 4 ist zudem mit einer Trennwand 8 ausgebildet, welche in einer von den horizontalen Richtungen x, y aufgespannten Ebene ausgerichtet ist sowie das vom Ventilelement 4 und dem Gehäuse 2 umschlossene Volumen 7 in zwei Teilvolumina 7-1, 7-2 unterteilt. Die horizontal ausgerichtete Ebene der Trennwand 8 ist zwischen den beabstandet zueinander angeordneten horizontalen Ebenen der Durchströmöffnungen 5, 6 des Gehäuses 2 ausgebildet. Bei einer in Längsrichtung z mittigen Anordnung der Trennwand 8 in Bezug auf die Ausdehnung des Ventilelements 4 in vertikaler Richtung z wird das vom Ventilelement 4 und dem Gehäuse 2 umschlossene Volumen 7 in zwei Teilvolumina 7-1, 7-2 gleicher Abmessungen, unterteilt.The valve element 4 is also formed with a partition 8 which is aligned in a plane spanned by the horizontal directions x, y and divides the volume 7 enclosed by the valve element 4 and the housing 2 into two partial volumes 7-1, 7-2. The horizontally oriented plane of the partition wall 8 is formed between the horizontal planes of the through-flow openings 5, 6 of the housing 2 which are spaced apart from one another. If the partition wall 8 is arranged centrally in the longitudinal direction z with respect to the expansion of the valve element 4 in the vertical direction z, the volume 7 enclosed by the valve element 4 and the housing 2 is divided into two partial volumes 7-1, 7-2 of the same dimensions.

Das Ventilelement 4 ist mit in der Mantelfläche ausgebildeten Durchgangsöffnungen 9, 10 versehen. Dabei sind erste Durchgangsöffnungen 9 in der ersten, von den horizontalen Richtungen x, y aufgespannten Ebene, in welcher auch die ersten Durchströmöffnungen 5 des Gehäuses 2 ausgebildet sind, in das erste Teilvolumen 7-1 einmündend angeordnet, während zweite Durchgangsöffnungen 10 in der zweiten, von den horizontalen Richtungen x, y aufgespannten Ebene, in welcher auch die zweiten Durchströmöffnungen 6 des Gehäuses 2 ausgebildet sind, in das zweite Teilvolumen 7-2 einmündend angeordnet. Damit sind auch die Durchgangsöffnungen 9, 10 in den zwei in vertikaler Richtung z beabstandet zueinander ausgebildeten Ebenen angeordnet. Mit der Anordnung der Durchgangsöffnungen 9, 10 des Ventilelements 4 zu den Durchströmöffnungen 5, 6 des Gehäuses 2 können Strömungspfade zwischen den vom Ventilelement 4 und dem Gehäuse 2 umschlossenen Teilvolumina 7-1, 7-2 und den Anschlusselementen 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 blockiert oder freigegeben werden.The valve element 4 is provided with through openings 9, 10 formed in the lateral surface. First through-openings 9 are arranged in the first plane spanned by the horizontal directions x, y, in which the first flow-through openings 5 of the housing 2 are also formed, opening into the first partial volume 7-1, while second through-openings 10 are in the second, from the horizontal directions x, y spanned plane, in which the second through-flow openings 6 of the housing 2 are formed, arranged opening into the second partial volume 7-2. The through-openings 9, 10 are thus also arranged in the two planes which are spaced apart from one another in the vertical direction z. With the arrangement of the through-openings 9, 10 of the valve element 4 to the through-flow openings 5, 6 of the housing 2, flow paths between the partial volumes 7-1, 7-2 enclosed by the valve element 4 and the housing 2 and the connection elements 2-1, 2-2 , 2-3, 2-4 can be blocked or released.

Mit der Trennwand 8 des Ventilelements 4 sowie der Abdichtung des Ventilelements 4 zum Gehäuse 2 können die Teilvolumina 7-1, 7-2 jeweils gezielt mit mindestens einem Einlass und mindestens einem Auslass für das Fluid ausgebildet werden, sodass ein durch mindestens ein Anschlusselement 2-1, 2-3, 2-4 in das erste Teilvolumen 7-1 einströmendes Fluid durch ein beliebiges, je nach Betriebsmodus der Vorrichtung 1 geöffnetes Anschlusselement 2-1, 2-3, 2-4 wieder ausströmen kann und dass ein durch mindestens ein Anschlusselement 2-2, 2-3, 2-4 in das zweite Teilvolumen 7-2 einströmendes Fluid durch ein beliebiges, je nach Betriebsmodus der Vorrichtung 1 geöffnetes Anschlusselement 2-2, 2-3, 2-4 wieder ausströmen kann.With the partition wall 8 of the valve element 4 and the sealing of the valve element 4 to the housing 2, the partial volumes 7-1, 7-2 can each be specifically designed with at least one inlet and at least one outlet for the fluid, so that a connection element 2- 1, 2-3, 2-4 in the first partial volume 7-1 flowing fluid through any, depending on the operating mode of the device 1 open connection element 2-1, 2-3, 2-4 can flow out again and that a through at least one Connection element 2-2, 2-3, 2-4 in the second partial volume 7-2 flowing fluid through any, depending on the operating mode of the device 1 open connection element 2-2, 2-3, 2-4 can flow out again.

Mit einer bestimmten Anzahl an Durchgangsöffnungen 9, 10 in Kombination mit einer gezielten Anordnung der Durchgangsöffnungen 9, 10 des Ventilelements 4 kann festgelegt werden, welche unterschiedlichen Durchströmungen durch die Vorrichtung 1 gewährleistet sein sollen. Die Ausbildung und die Anordnung des Ventilelements 4 innerhalb des Gehäuses 2 ermöglichen, dass bei bestimmten Stellwinkeln des Ventilelements 4 relativ zum Gehäuse 2 bestimmte Durchströmöffnungen 5, 6 des Gehäuses 2 und Durchgangsöffnungen 9, 10 des Ventilelements 4 zueinander derart angeordnet sind, dass bestimmte Strömungspfade durch die Vorrichtung 1 frei oder blockiert sind und das Fluid von einem oder mehreren Anschlusselementen 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 zu einem der mehreren anderen Anschlusselementen 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 geleitet wird.With a specific number of through-openings 9, 10 in combination with a targeted arrangement of the through-openings 9, 10 of the valve element 4, it can be determined which different flows through the device 1 are to be guaranteed. The design and arrangement of the valve element 4 within the housing 2 make it possible for certain through-flow openings 5, 6 of the housing 2 and through-openings 9, 10 of the valve element 4 to be arranged relative to one another at certain adjustment angles of the valve element 4 relative to the housing 2 in such a way that certain flow paths can flow through the device 1 is free or blocked and the fluid from one or more connection elements 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 to one of the several other connection elements 2-1, 2-2, 2-3, 2- 4 is conducted.

Damit wird eine Vielzahl an unterschiedlichen Schaltszenarien der Vorrichtung 1 bereitgestellt, welche vom jeweiligen Betriebsmodi des thermischen Systems abhängig sind. So kann beispielsweise ein Schaltszenario der Vorrichtung 1, das heißt eine Stellwinkelkombination der Durchströmöffnungen 5, 6 des Gehäuses 2 und der Durchgangsöffnungen 9, 10 des Ventilelements 4 bewirken, dass das Fluid durch ein Einlass-Anschlusselement 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 in die Vorrichtung 1 einströmt und durch ein vom Einlass-Anschlusselement 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 abweichendes Auslass-Anschlusselement 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 aus der Vorrichtung 1 ausströmt, während bei einem anderen Schaltszenario der Vorrichtung 1 das Fluid gemäß 1a in Strömungsrichtung 11 durch ein Einlass-Anschlusselement 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 in die Vorrichtung 1 einströmt und durch drei vom Einlass-Anschlusselement 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 abweichende Auslass-Anschlusselemente 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 aus der Vorrichtung 1 ausströmt.A large number of different switching scenarios of the device 1 are thus provided, which are dependent on the respective operating modes of the thermal system. For example, a switching scenario of the device 1, i.e. a setting angle combination of the through-flow openings 5, 6 of the housing 2 and the through-openings 9, 10 of the valve element 4, can cause the fluid to flow through an inlet connection element 2-1, 2-2, 2- 3, 2-4 flows into the device 1 and through an outlet connection element 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 that differs from the inlet connection element 2-1, 2-2, 2-3, 2-4. 4 flows out of the device 1, while in another switching scenario of the device 1, the fluid according to 1a flows in the direction of flow 11 through an inlet connection element 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 into the device 1 and through three from the inlet connection element 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 deviating outlet connection elements 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 flows out of the device 1.

In den 2a bis 2e sind jeweils Stellungen der Vorrichtung 1 aus 1 abhängig vom Betriebsmodus des Fluidkreislaufs, insbesondere des Kältemittelkreislaufs, in einer Draufsicht auf eine vertikal ausgerichtete Ebene dargestellt. Die Ebene ist durch die horizontale Richtung x und die vertikale Richtung z aufgespannt.In the 2a until 2e are positions of the device 1 off 1 depending on the operating mode of the fluid circuit, in particular the refrigerant circuit, shown in a plan view of a vertically oriented plane. The plane is spanned by the horizontal direction x and the vertical direction z.

Dabei ist beispielsweise das erste Teilvolumen 7-1 der Vorrichtung 1 über ein erstes Anschlusselement 2-1 mit einer Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs verbunden, während das zweite Teilvolumen 7-2 der Vorrichtung 1 über ein zweites Anschlusselement 2-2 mit einer Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs verbunden ist.For example, the first partial volume 7-1 of the device 1 is connected to a high-pressure side of the refrigerant circuit via a first connection element 2-1, while the second partial volume 7-2 of the device 1 is connected to a low-pressure side of the refrigerant circuit via a second connection element 2-2 .

Die Vorrichtung 1 ist über das erste Anschlusselement 2-1 mit dem Auslass eines Verdichters verbunden, während das zweite Anschlusselement 2-2 mit der Saugseite des Verdichters verbunden ist. Ein drittes Anschlusselement 2-3 und ein viertes Anschlusselement 2-4 können jeweils mit einem je nach Betriebsmodus als Kondensator oder als Verdampfer für das Kältemittel betriebenen Wärmeübertrager gekoppelt sein.The device 1 is connected to the outlet of a compressor via the first connection element 2-1, while the second connection element 2-2 is connected to the suction side of the compressor. A third connection element 2-3 and a fourth connection element 2-4 can each be coupled to a heat exchanger operated as a condenser or as an evaporator for the refrigerant, depending on the operating mode.

Durch ein Verdrehen des Ventilelements 4 um die Rotationsachse 3 und damit eine Änderung der relativen Anordnung des Ventilelements 4 zum Gehäuse 2 werden verschiedene Strömungspfade zwischen den Anschlusselementen 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 geöffnet beziehungsweise geschlossen.By rotating the valve element 4 about the axis of rotation 3 and thus changing the arrangement of the valve element 4 relative to the housing 2, different flow paths between the connecting elements 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 are opened or closed.

Bei der Stellung des Ventilelements 4 nach 2a wird der Kältemittelkreislauf in einem Kälteanlagenmodus betrieben.In the position of the valve element 4 after 2a the refrigerant circuit is operated in a refrigeration system mode.

Das auf Hochdruckniveau aus dem Verdichter austretende Kältemittel strömt durch das geöffnete erste Anschlusselement 2-1 in das erste Teilvolumen 7-1 der Vorrichtung 1 ein, während gleichzeitig das auf Niederdruckniveau, insbesondere von einem als Verdampfer betriebenen Wärmeübertrager ausströmende Kältemittel durch ein geöffnetes viertes Anschlusselement 2-4 in das zweite Teilvolumen 7-2 der Vorrichtung 1 einströmt.The refrigerant escaping from the compressor at high pressure flows through the open first connection element 2-1 into the first partial volume 7-1 of the device 1, while at the same time the refrigerant escaping at the low pressure level, in particular from a heat exchanger operated as an evaporator, flows through an open fourth connection element 2 -4 flows into the second partial volume 7-2 of the device 1.

Das Ventilelement 4 ist derart angeordnet, dass eine erste Durchgangsöffnung 9 einen Strömungspfad vom ersten Teilvolumen 7-1 zu einem dritten Anschlusselement 2-3 freigibt und das Kältemittel auf Hochdruckniveau durch das geöffnete dritte Anschlusselement 2-3, insbesondere zu einem als Kondensator betriebenen Wärmeübertrager, aus der Vorrichtung 1 ausströmt. Zwischen dem ersten Teilvolumen 7-1 und einem vierten Anschlusselement 2-4 ist kein Strömungspfad freigegeben.The valve element 4 is arranged in such a way that a first passage opening 9 opens a flow path from the first partial volume 7-1 to a third connection element 2-3 and the refrigerant at high pressure level through the opened third connection element 2-3, in particular to a heat exchanger operated as a condenser. flows out of the device 1. No flow path is released between the first partial volume 7-1 and a fourth connection element 2-4.

Zudem gibt eine zweite Durchgangsöffnung 10 des Ventilelements 4 einen Strömungspfad vom vierten Anschlusselement 2-4 in das zweite Teilvolumen 7-2 frei, sodass das durch das geöffnete vierte Anschlusselement 2-4 in das zweite Teilvolumen 7-2 der Vorrichtung 1 einströmende Kältemittel durch das geöffnete zweite Anschlusselement 2-2 aus der Vorrichtung 1, insbesondere zur Saugseite des Verdichters, ausströmt. Zwischen dem zweiten Teilvolumen 7-2 und dem dritten Anschlusselement 2-3 ist kein Strömungspfad freigegeben.In addition, a second passage opening 10 of the valve element 4 opens a flow path from the fourth connection element 2-4 into the second partial volume 7-2, so that the refrigerant flowing through the open fourth connection element 2-4 into the second partial volume 7-2 of the device 1 flows through the opened second connection element 2-2 from the device 1, in particular to the suction side of the compressor, flows out. No flow path is released between the second partial volume 7-2 and the third connection element 2-3.

Bei der Stellung des Ventilelements 4 nach 2b wird der Kältemittelkreislauf in einem Wärmepumpenmodus betrieben.In the position of the valve element 4 after 2 B the refrigerant circuit is operated in a heat pump mode.

Das auf Hochdruckniveau aus dem Verdichter austretende Kältemittel strömt wiederum durch das geöffnete erste Anschlusselement 2-1 in das erste Teilvolumen 7-1 der Vorrichtung 1 ein, während gleichzeitig das auf Niederdruckniveau, insbesondere vom als Verdampfer betriebenen Wärmeübertrager ausströmende Kältemittel durch das geöffnete dritte Anschlusselement 2-3 in das zweite Teilvolumen 7-2 der Vorrichtung 1 einströmt. Der im Kälteanlagenmodus nach 2a als Kondensator betriebene Wärmeübertrager wird nunmehr als Verdampfer für das Kältemittel betrieben. Das Ventilelement 4 ist derart angeordnet, dass eine erste Durchgangsöffnung 9 einen Strömungspfad vom ersten Teilvolumen 7-1 zum vierten Anschlusselement 2-4 freigibt und das Kältemittel auf Hochdruckniveau durch das geöffnete vierte Anschlusselement 2-4 aus der Vorrichtung 1 ausströmt. Der mit dem vierten Anschlusselement 2-4 verbundene, im Kälteanlagenmodus nach 2a als Verdampfer betriebene Wärmeübertrager wird nunmehr als Kondensator für das Kältemittel betrieben. Zwischen dem ersten Teilvolumen 7-1 und dem dritten Anschlusselement 2-3 ist kein Strömungspfad freigegeben. Zudem gibt eine zweite Durchgangsöffnung 10 des Ventilelements 4 einen Strömungspfad vom dritten Anschlusselement 2-3 in das zweite Teilvolumen 7-2 frei, sodass das durch das geöffnete dritte Anschlusselement 2-3 in das zweite Teilvolumen 7-2 der Vorrichtung 1 einströmende Kältemittel durch das geöffnete zweite Anschlusselement 2-2 aus der Vorrichtung 1, insbesondere zur Saugseite des Verdichters, ausströmt. Zwischen dem zweiten Teilvolumen 7-2 und dem vierten Anschlusselement 2-4 ist kein Strömungspfad freigegeben.The refrigerant escaping from the compressor at high pressure flows in turn through the open first connection element 2-1 into the first partial volume 7-1 of the device 1, while at the same time the refrigerant escaping at the low pressure level, in particular from the heat exchanger operated as an evaporator, flows through the open third connection element 2 -3 flows into the second partial volume 7-2 of the device 1. The one in chiller mode after 2a The heat exchanger operated as a condenser is now operated as an evaporator for the refrigerant. The valve element 4 is arranged in such a way that a first passage opening 9 opens a flow path from the first partial volume 7-1 to the fourth connection element 2-4 and the refrigerant flows out of the device 1 at high pressure through the opened fourth connection element 2-4. The connected to the fourth connection element 2-4, in the refrigeration system mode 2a The heat exchanger operated as an evaporator is now operated as a condenser for the refrigerant. No flow path is released between the first partial volume 7-1 and the third connection element 2-3. In addition, a second passage opening 10 of the valve element 4 opens a flow path from the third connection element 2-3 into the second partial volume 7-2, so that the refrigerant flowing through the opened third connection element 2-3 into the second partial volume 7-2 of the device 1 flows through the opened second connection element 2-2 from the device 1, in particular to the suction side of the compressor, flows out. No flow path is released between the second partial volume 7-2 and the fourth connection element 2-4.

Mit der Stellung des Ventilelements 4 nach 2c wird der Kältemittelkreislauf befüllt und evakuiert.With the position of the valve element 4 after 2c the refrigerant circuit is filled and evacuated.

Das auf Hochdruckniveau aus dem Verdichter austretende Kältemittel strömt wiederum durch das geöffnete erste Anschlusselement 2-1 in das erste Teilvolumen 7-1 der Vorrichtung 1 ein.The refrigerant emerging from the compressor at high pressure flows in turn through the opened first connection element 2 - 1 into the first partial volume 7 - 1 of the device 1 .

Das Ventilelement 4 ist derart angeordnet, dass jeweils eine erste Durchgangsöffnung 9 einen Strömungspfad vom ersten Teilvolumen 7-1 zum dritten Anschlusselement 2-3 und zum vierten Anschlusselement 2-4 freigibt und das Kältemittel auf Hochdruckniveau durch die geöffneten Anschlusselemente 2-3, 2-4 aus der Vorrichtung 1 ausströmt.The valve element 4 is arranged in such a way that a first passage opening 9 releases a flow path from the first partial volume 7-1 to the third connection element 2-3 and to the fourth connection element 2-4 and the refrigerant at high pressure level through the open connection elements 2-3, 2- 4 flows out of the device 1.

Zudem sind im Bereich des vierten Anschlusselements 2-4 das erste Teilvolumen 7-1 und das zweite Teilvolumen 7-2 miteinander verbunden, sodass das Kältemittel vom ersten Teilvolumen 7-1 in das zweite Teilvolumen 7-2 überströmt. Dabei ist jeweils zwischen dem ersten Teilvolumen 7-1 und dem zweiten Teilvolumen 7-2 ein Strömungspfad zum vierten Anschlusselement 2-4 freigegeben. Folglich gibt eine zweite Durchgangsöffnung 10 des Ventilelements 4 einen Strömungspfad vom vierten Anschlusselement 2-4 in das zweite Teilvolumen 7-2 frei, sodass das durch das geöffnete vierte Anschlusselement 2-4 in das zweite Teilvolumen 7-2 der Vorrichtung 1 einströmende Kältemittel durch das geöffnete zweite Anschlusselement 2-2 aus der Vorrichtung 1 ausströmt.In addition, the first partial volume 7-1 and the second partial volume 7-2 are connected to one another in the area of the fourth connection element 2-4, so that the refrigerant flows from the first partial volume 7-1 into the second partial volume 7-2. A flow path to the fourth connecting element 2-4 is released between the first partial volume 7-1 and the second partial volume 7-2. Consequently, a second passage opening 10 of the valve element 4 opens a flow path from the fourth connection element 2-4 into the second partial volume 7-2, so that the refrigerant flowing through the open fourth connection element 2-4 into the second partial volume 7-2 of the device 1 flows through the opened second connection element 2-2 flows out of the device 1.

Mit den Stellungen des Ventilelements 4 nach den 2d und 2e wird der Kältemittelkreislauf jeweils gespült.With the positions of the valve element 4 according to the 2d and 2e the refrigerant circuit is flushed.

Das auf Hochdruckniveau aus dem Verdichter austretende Kältemittel strömt wiederum durch das geöffnete erste Anschlusselement 2-1 in das erste Teilvolumen 7-1 der Vorrichtung 1 ein. Das Ventilelement 4 ist derart angeordnet, dass eine erste Durchgangsöffnung 9 einen Strömungspfad vom ersten Teilvolumen 7-1 zum vierten Anschlusselement 2-4 freigibt und das Kältemittel auf Hochdruckniveau durch das geöffnete vierte Anschlusselement 2-4 aus der Vorrichtung 1 ausströmt. Sowohl zwischen dem ersten Teilvolumen 7-1 und dem dritten Anschlusselement 2-3 als auch zwischen dem zweiten Teilvolumen 7-2 und dem dritten Anschlusselement 2-3 ist kein Strömungspfad freigegeben.The refrigerant emerging from the compressor at high pressure flows in turn through the opened first connection element 2 - 1 into the first partial volume 7 - 1 of the device 1 . The valve element 4 is arranged in such a way that a first passage opening 9 opens a flow path from the first partial volume 7-1 to the fourth connection element 2-4 and the refrigerant flows out of the device 1 at high pressure through the opened fourth connection element 2-4. No flow path is released either between the first partial volume 7-1 and the third connection element 2-3 or between the second partial volume 7-2 and the third connection element 2-3.

Beim Betriebsmodus des Kältemittelkreislaufs nach 2d werden das zweite Teilvolumen 7-2 und das zweite Anschlusselement 2-2 nicht mit Kältemittel durchströmt.When operating mode of the refrigerant circuit according to 2d the second partial volume 7-2 and the second connection element 2-2 are not flowed through with refrigerant.

Beim Betriebsmodus des Kältemittelkreislaufs nach 2e ist das Ventilelement 4 derart angeordnet, dass eine erste Durchgangsöffnung 9 einen Strömungspfad vom ersten Teilvolumen 7-1 zum vierten Anschlusselement 2-4 und eine zweite Durchgangsöffnung 10 einen Strömungspfad zwischen dem vierten Anschlusselement 2-4 und dem zweiten Teilvolumen 7-2 freigibt, sodass das erste Teilvolumen 7-1 und das zweite Teilvolumen 7-2 im Bereich des vierten Anschlusselements 2-4 miteinander verbunden sind und das Kältemittel vom ersten Teilvolumen 7-1 in das zweite Teilvolumen 7-2 überströmt. Das durch das geöffnete vierte Anschlusselement 2-4 in das zweite Teilvolumen 7-2 der Vorrichtung 1 einströmende Kältemittel strömt durch das geöffnete zweite Anschlusselement 2-2 aus der Vorrichtung 1 aus.When operating mode of the refrigerant circuit according to 2e the valve element 4 is arranged in such a way that a first passage opening 9 releases a flow path from the first partial volume 7-1 to the fourth connection element 2-4 and a second passage opening 10 releases a flow path between the fourth connection element 2-4 and the second partial volume 7-2, so that the first partial volume 7-1 and the second partial volume 7-2 are connected to one another in the region of the fourth connection element 2-4 and the refrigerant flows over from the first partial volume 7-1 into the second partial volume 7-2. The refrigerant flowing through the open fourth connection element 2-4 into the second partial volume 7-2 of the device 1 flows out of the device 1 through the open second connection element 2-2.

Das Ventilelement 4 kann mit einer maximalen Anzahl an Durchgangsöffnungen 9, 10 ausgebildet sein, welche die Bauteilfestigkeit des Ventilelements 4 gewährleisten. Zudem ist die Anzahl der Durchgangsöffnungen 9, 10 geometrisch beschränkt, wobei die Beschränkung vom Durchmesser des Ventilelements 4 und von den Durchmessern der Durchgangsöffnungen 9, 10 abhängt. Die Durchgangsöffnungen 9, 10 weisen vorteilhaft einen Durchmesser auf, welcher dem Innendurchmesser der Anschlusselemente 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 entspricht.The valve element 4 can be designed with a maximum number of through openings 9, 10, which ensure the component strength of the valve element 4. In addition, the number of through-openings 9, 10 is geometrically limited, with the limitation depending on the diameter of the valve element 4 and the diameters of the through-openings 9, 10. The through openings 9, 10 advantageously have a diameter which corresponds to the inside diameter of the connecting elements 2-1, 2-2, 2-3, 2-4.

Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform kann eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen auch derart angeordnet sein, dass Durchgangsöffnungen zu einem Langloch miteinander verbunden sind beziehungsweise die entsprechende Durchgangsöffnung als ein Langloch ausgebildet ist. Auch eine Kombination der Durchgangsöffnungen aus kreisrunden Öffnungen und Langlöchern ist möglich. Zudem können bestimmte Durchgangsöffnungen jeweils mit einem geringeren Durchmesser als der Innendurchmesser der Anschlusselemente 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 ausgebildet sein, um gegebenenfalls eine bestimmte Aufteilung des Fluids zu erzielen. Die Anzahl der Durchgangsöffnungen des Ventilelements 4 liegt bevorzugt im Bereich von drei bis sieben oder drei bis acht.According to an alternative embodiment that is not shown, a large number of through-openings can also be arranged in such a way that through-openings are connected to one another to form a slot or the corresponding through-opening is designed as a slot. A combination of the through openings from circular openings and oblong holes is also possible. In addition, certain through-openings can each be designed with a smaller diameter than the inside diameter of the connection elements 2-1, 2-2, 2-3, 2-4, in order to achieve a certain division of the fluid, if necessary. The number of passage openings of the valve element 4 is preferably in the range of three to seven or three to eight.

In 3a ist eine eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung 1 zum Regeln eines Durchflusses und Verteilen eines Fluids in einem Fluidkreislauf, insbesondere eines Kältemittels in einem Kältemittelkreislauf, in einer Betriebsstellung des Ventilelements 4 gemäß 2c in einer perspektivischen Seitenansicht gezeigt. Beim dargestellten Betriebsmodus wird der Kältemittelkreislauf befüllt und evakuiert. Aus 3b geht die Mantelfläche des Ventilelements 4 der Vorrichtung 1 aus 3a mit über den Umfang verteilt angeordneten Durchgangsöffnungen 9, 10 hervor.In 3a 1 is a second embodiment of the device 1 for regulating a flow and distributing a fluid in a fluid circuit, in particular a refrigerant in a refrigerant circuit, in an operating position of the valve element 4 according to FIG 2c shown in a perspective side view. In the operating mode shown, the refrigerant circuit is filled and evacuated. the end 3b the outer surface of the valve element 4 of the device 1 goes out 3a with passage openings 9, 10 distributed over the circumference.

Nach 3b weist das Ventilelement 4 sechs über den Umfang verteilt angeordnete erste Durchgangsöffnungen 9 und vier über den Umfang verteilt angeordnete zweite Durchgangsöffnungen 10 auf. Die ersten Durchgangsöffnungen 9 zum Verbinden des ersten Teilvolumens 7-1 mit dem dritten Anschlusselement 2-3 beziehungsweise dem vierten Anschlusselement 2-4 sind in den Winkelpositionen 30°, 90°, 240°, 270°, 300° und 330° angeordnet, während die zweiten Durchgangsöffnungen 10 zum Verbinden des zweiten Teilvolumens 7-2 mit dem dritten Anschlusselement 2-3 beziehungsweise dem vierten Anschlusselement 2-4 in den Winkelpositionen 60°, 210°, 270° und 330° angeordnet sind.After 3b the valve element 4 has six first passage openings 9 distributed over the circumference and four second passage openings 10 arranged distributed over the circumference. The first through openings 9 for connecting the first partial volume 7-1 to the third connection element 2-3 or the fourth connection element 2-4 are arranged in the angular positions 30°, 90°, 240°, 270°, 300° and 330°, while the second through-openings 10 for Connecting the second partial volume 7-2 to the third connection element 2-3 or the fourth connection element 2-4 are arranged in the angular positions 60°, 210°, 270° and 330°.

Die jeweils benachbart zueinander angeordneten Durchgangsöffnungen 9, 10 des Ventilelements 4 sind in einem Winkel von 30° oder einem ganzzahligen Vielfachen von 30° versetzt zueinander ausgerichtet. Damit ist das zum Ventilelement 4 zugehörige nicht dargestellte Antriebselement, insbesondere ein Schrittmotor, derart ausgebildet, das Ventilelement 4 in zwölf 30°-Schritten um die Rotationsachse 3 zu drehen, um eine vollständige Umdrehung des Ventilelements 4 um die Rotationsachse 3 zu erreichen. Jedem Schritt ist eine Position des Ventilelements 4 zugeordnet. Durch ein Verdrehen des Ventilelements 4 in 30°-Schritten um die Rotationsachse 3 ist das Durchströmungsmuster der Vorrichtung 1 einfach variierbar.The passage openings 9, 10 of the valve element 4, which are arranged adjacent to one another, are offset from one another at an angle of 30° or an integer multiple of 30°. The drive element (not shown) associated with the valve element 4, in particular a stepper motor, is thus designed to rotate the valve element 4 in twelve 30° steps about the axis of rotation 3 in order to achieve a complete rotation of the valve element 4 about the axis of rotation 3. A position of the valve element 4 is assigned to each step. By rotating the valve element 4 in 30° steps about the axis of rotation 3, the flow pattern of the device 1 can be easily varied.

Bei der Stellung des Ventilelements 4 nach 3a sind eine bei 90° ausgebildete erste Durchgangsöffnung 9 des Ventilelements 4 einen Strömungspfad zwischen dem ersten Teilvolumen 7-1 und dem dritten Anschlusselement 2-3 durch eine erste Durchströmöffnung 5 des Gehäuses 2, eine bei 270° ausgebildete erste Durchgangsöffnung 9 des Ventilelements 4 einen Strömungspfad zwischen dem ersten Teilvolumen 7-1 und dem vierten Anschlusselement 2-4 durch eine erste Durchströmöffnung 5 des Gehäuses 2 sowie eine ebenfalls bei 270° ausgebildete zweite Durchgangsöffnung 10 des Ventilelements 4 einen Strömungspfad zwischen dem vierten Anschlusselement 2-4 und dem zweiten Teilvolumen 7-2 durch eine zweite Durchströmöffnung 6 des Gehäuses 2 freigebend ausgerichtet.In the position of the valve element 4 after 3a a first through-opening 9 of the valve element 4 formed at 90° is a flow path between the first partial volume 7-1 and the third connection element 2-3 through a first through-flow opening 5 of the housing 2, a first through-opening 9 of the valve element 4 formed at 270° is a flow path between the first partial volume 7-1 and the fourth connection element 2-4 through a first through-flow opening 5 of the housing 2 and a second through-opening 10 of the valve element 4, also formed at 270°, a flow path between the fourth connection element 2-4 and the second partial volume 7- 2 aligned releasing through a second flow opening 6 of the housing 2.

Die die Strömungspfade zwischen den Teilvolumina 7-1, 7-2 durch die Durchströmöffnungen 5, 6 des Gehäuses 2 zu den Anschlusselementen 2-3, 2-4 freigebenden Durchgangsöffnungen 9, 10 sind in einem Winkel von 180° beabstandet zueinander angeordnet, was in 3b auch anhand der Pfeile angedeutet ist.The through-openings 9, 10 releasing the flow paths between the partial volumes 7-1, 7-2 through the through-flow openings 5, 6 of the housing 2 to the connecting elements 2-3, 2-4 are arranged at an angle of 180° to one another, which in 3b also indicated by the arrows.

Aus 3a wird deutlich, dass das auf Hochdruckniveau, insbesondere aus dem Verdichter des Kältemittelkreislaufs austretende Kältemittel als Heißgas in Strömungsrichtung 11 durch das geöffnete erste Anschlusselement 2-1 in das erste Teilvolumen 7-1 der Vorrichtung 1 einströmt und auf die geöffneten Anschlusselemente 2-3, 2-4 in zwei Teilmassenströme aufgeteilt in Strömungsrichtung 11 aus der Vorrichtung 1 ausströmt. Dabei werden ein erster Teilmassenstrom des Kältemittels durch eine erste Durchströmöffnung 5 des Gehäuses 2 und das dritte Anschlusselement 2-3 aus der Vorrichtung 1 abgeleitet und ein zweiter Teilmassenstrom durch eine weitere erste Durchströmöffnung 5 des Gehäuses 2 und das vierte Anschlusselement 2-4 geführt.the end 3a it becomes clear that the refrigerant escaping at high pressure, in particular from the compressor of the refrigerant circuit, flows as hot gas in flow direction 11 through the opened first connection element 2-1 into the first partial volume 7-1 of the device 1 and onto the opened connection elements 2-3, 2 -4 divided into two partial mass flows flows out of the device 1 in the direction of flow 11 . A first partial mass flow of the refrigerant is derived from the device 1 through a first flow opening 5 of the housing 2 and the third connection element 2-3 and a second partial mass flow is guided through a further first flow opening 5 of the housing 2 and the fourth connection element 2-4.

Im Bereich des vierten Anschlusselements 2-4 sind das erste Teilvolumen 7-1 und das zweite Teilvolumen 7-2 durch die Durchströmöffnungen 5, 6 des Gehäuses 2 derart miteinander verbunden, dass der zweite Teilmassenstrom des Kältemittels in weitere zwei Teilmassenströme aufgeteilt wird. Dabei werden ein dritter Teilmassenstrom durch eine zweite Durchströmöffnung 6 des Gehäuses 2 in das zweite Teilvolumen 7-2 der Vorrichtung 1 eingeleitet und der übrige Anteil des zweiten Teilmassenstroms durch das vierte Anschlusselement 2-4 aus der Vorrichtung 1 abgeleitet. Das durch das geöffnete vierte Anschlusselement 2-4 und die zweite Durchströmöffnung 6 in das zweite Teilvolumen 7-2 der Vorrichtung 1 einströmende Kältemittel strömt durch das geöffnete zweite Anschlusselement 2-2 aus der Vorrichtung 1 aus.In the area of the fourth connection element 2-4, the first partial volume 7-1 and the second partial volume 7-2 are connected to one another through the flow openings 5, 6 of the housing 2 in such a way that the second partial mass flow of the refrigerant is divided into two further partial mass flows. A third partial mass flow is introduced through a second flow opening 6 of the housing 2 into the second partial volume 7 - 2 of the device 1 and the remaining portion of the second partial mass flow is discharged from the device 1 through the fourth connection element 2 - 4 . The refrigerant flowing through the open fourth connection element 2-4 and the second flow opening 6 into the second partial volume 7-2 of the device 1 flows out of the device 1 through the open second connection element 2-2.

Der durch das geöffnete erste Anschlusselement 2-1 in die Vorrichtung 1 einströmende Massenstrom des Kältemittels wird folglich in drei Teilmassenströme aufgeteilt, wobei jeweils ein Teilmassenstrom in Strömungsrichtung 11 durch eines der vom ersten Anschlusselement 2-1 abweichenden Anschlusselemente 2-2, 2-3, 2-4 aus der Vorrichtung 1 ausströmt.The mass flow of the refrigerant flowing into the device 1 through the open first connection element 2-1 is consequently divided into three partial mass flows, with one partial mass flow in each case in the direction of flow 11 through one of the connection elements 2-2, 2-3, 2-4 flows out of the device 1.

Die Fertigungstoleranzen der einzelnen Komponenten der Vorrichtung 1 sind derart gewählt, dass das Fluid, insbesondere das Kältemittel, lediglich durch die Durchgangsöffnungen 9, 10 des Ventilelements 4 sowie die Anschlusselemente 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 des Gehäuses 2 strömen kann und unerwünschte Bypassströmungen zwischen den Mantelflächen oder Stirnseiten des Ventilelements 4 und dem Gehäuse 2 vermieden werden. Das Gehäuse 2 und das Ventilelement 4 können mit zusätzlichen Dichtungselementen, wie O-Ringen, zueinander abgedichtet sein, um interne Leckagen auszuschließen.The manufacturing tolerances of the individual components of the device 1 are selected such that the fluid, in particular the refrigerant, only through the through-openings 9, 10 of the valve element 4 and the connection elements 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 of the housing 2 can flow and unwanted bypass flows between the lateral surfaces or end faces of the valve element 4 and the housing 2 can be avoided. The housing 2 and the valve element 4 can be sealed to one another with additional sealing elements, such as O-rings, in order to exclude internal leakage.

Die als ein zylindrisches, insbesondere kreiszylindrisches Mehrwege-Ventil ausgebildete Vorrichtung 1, kann speziell bei der Ausgestaltung zur Anwendung in Kältemittelkreisläufen auch Expansionsfunktionen für das Kältemittel abbilden. Dabei sind die Durchgangsöffnungen 9, 10 des Ventilelements 4 in Kombination mit dem Gehäuse 2 im Bereich der Anschlusselemente 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 modifiziert. Die Durchgangsöffnungen 9, 10 beziehungsweise das Gehäuse 2 können beispielsweise zusätzliche Einkerbungen, Einschnitte oder Ausformungen aufweisen, um vorteilhaft die Strömungsquerschnitte für das Kältemittel sehr genau einzustellen und damit den Massenstrom des Kältemittels auch zum Expandieren sehr exakt zu dosieren.The device 1 embodied as a cylindrical, in particular circular-cylindrical, multi-way valve can also map expansion functions for the refrigerant, especially in the configuration for use in refrigerant circuits. The passage openings 9, 10 of the valve element 4 are modified in combination with the housing 2 in the area of the connecting elements 2-1, 2-2, 2-3, 2-4. The passage openings 9, 10 or the housing 2 can, for example, have additional notches, incisions or formations in order to advantageously set the flow cross sections for the refrigerant very precisely and thus meter the mass flow of the refrigerant very precisely for expansion.

Das Mehrwege-Ventil kann damit als 3/2-Wegeventil, 4/2-Wegeventil mit Expansionsfunktion, Schaltfunktion beziehungsweise Absperrfunktion in unterschiedlicher Kombination ausgebildet sein. Das Ventilelement 4 kann zudem in einer vollständig geschlossenen Stellung der Vorrichtung 1 angeordnet sein.The multi-way valve can thus be designed as a 3/2-way valve, 4/2-way valve with an expansion function, a switching function or a shut-off function in different combinations. The valve element 4 can also be arranged in a fully closed position of the device 1 .

Aus den 4a bis 4c geht jeweils ein Ventilelement 4 mit einer Durchgangsöffnung 9, 10 und der jeweilige Strömungsquerschnitt 14 der Durchgangsöffnung 9, 10 des Ventilelements 4 in Verbindung mit einer Durchströmöffnung 5, 6 des Gehäuses 2, insbesondere eines Auslasses für das Fluid, hervor. Dabei ist jeweils der Strömungsquerschnitt 14 der Durchgangsöffnung 9, 10 mit einer Nut 14a, 14b, 14c, auch als Expansionskerbe oder Steuerkerbe bezeichnet, in der Auslassebene der Durchgangsöffnung 9, 10 gezeigt. Die Nut 14a, 14b, 14c erstreckt sich jeweils vom Rand des ansonsten kreisförmigen Strömungsquerschnitts 14 der Durchgangsöffnung 9, 10 in radialer Richtung der Durchgangsöffnung 9, 10 beziehungsweise in Umfangsrichtung des Ventilelements 4 beiderseits nach außen. Alternativ kann auch jeweils nur eine sich vom Rand des ansonsten kreisförmigen Strömungsquerschnitts 14 der Durchgangsöffnung 9, 10 in Umfangsrichtung des Ventilelements 4 erstreckende Nut ausgebildet sein.From the 4a until 4c shows a valve element 4 with a through-opening 9, 10 and the respective flow cross-section 14 of the through-opening 9, 10 of the valve element 4 in connection with a through-flow opening 5, 6 of the housing 2, in particular an outlet for the fluid. The flow cross section 14 of the through-opening 9, 10 with a groove 14a, 14b, 14c, also referred to as an expansion notch or control notch, is shown in the outlet plane of the through-opening 9, 10 in each case. The groove 14a, 14b, 14c extends outwards on both sides from the edge of the otherwise circular flow cross section 14 of the through-opening 9, 10 in the radial direction of the through-opening 9, 10 or in the circumferential direction of the valve element 4. Alternatively, only one groove extending from the edge of the otherwise circular flow cross section 14 of the through opening 9, 10 in the circumferential direction of the valve element 4 can be formed.

Der Strömungsquerschnitt der Nuten 14a der Durchgangsöffnung 9, 10 nach 4a ist jeweils in Umfangsrichtung des Ventilelements 4 mit einer konstanten Breite, insbesondere in der Form ähnlich eines Rechtecks, ausgebildet. Damit weist der Strömungsquerschnitt 14 der Durchgangsöffnung 9, 10 am zur Durchströmöffnung 5, 6 des Gehäuses 2 weisenden Ende die Form eines Kreises mit in Umfangsrichtung des Ventilelements 4 beiderseits hervorragenden rechteckigen Ausformungen auf.The flow cross section of the grooves 14a of the through opening 9, 10 after 4a is each formed in the circumferential direction of the valve element 4 with a constant width, particularly in the shape similar to a rectangle. Thus, the flow cross-section 14 of the through-opening 9, 10 at the end pointing to the flow-through opening 5, 6 of the housing 2 has the shape of a circle with rectangular shapes projecting on both sides in the circumferential direction of the valve element 4.

Der Strömungsquerschnitt der Nuten 14b der Durchgangsöffnung 9, 10 nach den 4b und 4c ist sich jeweils mit zunehmendem Abstand vom Mittelpunkt der Durchgangsöffnung 9, 10, das heißt in Umfangsrichtung des Ventilelements 4, verjüngend ausgebildet und weist gemäß der Ausführungsform nach 4b die Form eines Dreiecks, insbesondere eines gleichschenkligen, speziell als eines gleichseitigen Dreiecks, sowie gemäß der Ausführungsform nach 4c die Form sich überlappender Kreise mit stetig geringer werdendem Durchmesser auf. Damit weist der Strömungsquerschnitt 14 der Durchgangsöffnung 9, 10 am zur Durchströmüffnung 5, 6 des Gehäuses 2 weisenden Ende die Form eines Kreises mit in Umfangsrichtung des Ventilelements 4 beiderseits hervorragenden spitzkerbenähnlichen Ausformungen beziehungsweise kerbähnlichen Ausformungen mit wellenförmigem Rand auf.The flow cross section of the grooves 14b of the through-opening 9, 10 according to the 4b and 4c is designed to taper with increasing distance from the center point of the through-opening 9, 10, ie in the circumferential direction of the valve element 4, and according to the embodiment 4b the shape of a triangle, in particular an isosceles, especially as an equilateral triangle, and according to the embodiment 4c the shape of overlapping circles with steadily decreasing diameter. Thus, the flow cross section 14 of the through-opening 9, 10 at the end pointing to the flow-through opening 5, 6 of the housing 2 has the shape of a circle with notch-like formations projecting on both sides in the circumferential direction of the valve element 4 or notch-like formations with a wavy edge.

In Tiefenrichtung der Durchgangsöffnung 9, 10, welche der Richtung y beziehungsweise einer radialen Richtung des Ventilelements 4 entspricht, ist der Strömungsquerschnitt 14 der Durchgangsöffnung 9, 10 im Bereich der Nuten 14a, 14b, 14c bis in eine vorgegebene Tiefe innerhalb des Ventilelements 4 in Richtung x entweder konstant und die Nuten 14a, 14b, 14c weisen jeweils eine konstante Ausdehnung in Richtung y auf oder der Strömungsquerschnitt 14 der Durchgangsöffnung 9, 10 nimmt im Bereich der Nuten 14a, 14b, 14c bis in die vorgegebene Tiefe innerhalb des Ventilelements 4 in Richtung x nach außen stetig ab, sodass die Nuten 14a, 14b, 14c mit zunehmendem Abstand von der Symmetrieachse der Durchgangsöffnung 9, 10 mit einer sich verjüngenden Ausdehnung ausgebildet sind. Damit weist die Nut 14a, 14b, 14c in Richtung x entweder eine konstante oder eine sich mit zunehmendem Abstand von der Symmetrieachse der Durchgangsöffnung 9, 10, insbesondere stetig, geringer werdende Tiefe auf.In the depth direction of the through-opening 9, 10, which corresponds to the direction y or a radial direction of the valve element 4, the flow cross-section 14 of the through-opening 9, 10 in the region of the grooves 14a, 14b, 14c is in the direction of a predetermined depth within the valve element 4 x is either constant and the grooves 14a, 14b, 14c each have a constant extension in direction y or the flow cross section 14 of the through opening 9, 10 increases in the area of the grooves 14a, 14b, 14c down to the predetermined depth within the valve element 4 x decreases continuously outwards, so that the grooves 14a, 14b, 14c are formed with an increasing distance from the axis of symmetry of the through-opening 9, 10 with a tapering extent. The groove 14a, 14b, 14c thus has either a constant depth in the x direction or a depth that decreases, in particular continuously, with increasing distance from the axis of symmetry of the through-opening 9, 10.

Die Funktion des Entspannens des Fluids, insbesondere eines Kältemittels, wird mit der Anordnung des Ventilelements 4 innerhalb des Gehäuses 2, insbesondere der relativen Anordnung der Strömungsquerschnitte der Durchströmöffnung 5, 6 eines als Auslass ausgebildeten Anschlusses und der Durchgangsöffnung 9, 10 des Ventilelements 4 eingestellt. Dabei wird das Ventilelement 4 derart bewegt und angeordnet, dass sich die Strömungsquerschnitte der Durchgangsöffnung 9, 10 des Ventilelements 4 und einer der Durchströmöffnungen 5, 6 lediglich im Bereich einer Nut 14a, 14b, 14c überlappen. Mit einer Bewegung des Ventilelements 4 um die Rotationsachse 3 kann der Strömungsquerschnitt für das Fluid durch die Vorrichtung 1 vergrößert oder verringert werden, um die Expansionsfunktion zu steuern. Bei vollständig geöffneten Durchgang für das Fluid ist das Ventilelement 4 derart innerhalb des Gehäuses 2 ausgerichtet, dass die Symmetrieachsen der entsprechenden Durchströmöffnung 5, 6 des Gehäuses 2 und der Durchgangsöffnung 9, 10 des Ventilelements 4 koaxial zueinander beziehungsweise auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind.The function of expanding the fluid, in particular a refrigerant, is set with the arrangement of the valve element 4 within the housing 2, in particular the relative arrangement of the flow cross sections of the flow opening 5, 6 of a connection designed as an outlet and the through opening 9, 10 of the valve element 4. The valve element 4 is moved and arranged in such a way that the flow cross sections of the passage opening 9, 10 of the valve element 4 and one of the flow openings 5, 6 overlap only in the region of a groove 14a, 14b, 14c. With a movement of the valve element 4 about the axis of rotation 3, the flow cross-section for the fluid through the device 1 can be increased or decreased in order to control the expansion function. When the passage for the fluid is fully open, the valve element 4 is aligned within the housing 2 in such a way that the axes of symmetry of the corresponding through-flow opening 5, 6 of the housing 2 and the through-opening 9, 10 of the valve element 4 are arranged coaxially with one another or on a common axis.

BezugszeichenlisteReference List

11
Vorrichtungcontraption
22
Gehäusehousing
2a2a
erste Stirnseite Gehäuse 2first front side housing 2
2b2 B
zweite Stirnseite Gehäuse 2second end of housing 2
2-1 bis 2-42-1 to 2-4
Anschlusselementconnection element
33
Mittelachse, Rotationsachse, LängsachseCentral axis, axis of rotation, longitudinal axis
44
Ventilelementvalve element
55
erste Durchströmöffnungfirst flow opening
66
zweite Durchströmöffnungsecond flow opening
77
Volumenvolume
7-17-1
erstes Teilvolumenfirst partial volume
7-27-2
zweites Teilvolumensecond sub-volume
88th
Trennwandpartition wall
99
erste Durchgangsöffnung Ventilelement 4 erstes Teilvolumen 7-1first passage opening valve element 4 first partial volume 7-1
1010
zweite Durchgangsöffnung Ventilelement 4 zweites Teilvolumen 7-2second passage opening valve element 4 second partial volume 7-2
1111
Strömungsrichtung Fluidflow direction fluid
1212
Antriebselementdrive element
1313
Verbindungselementfastener
1414
Strömungsquerschnittflow cross-section
14a,14b,14c14a,14b,14c
Nut groove
x, yx, y
radiale Richtungradial direction
ze.g
vertikale Richtung, Längsrichtungvertical direction, longitudinal direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102013206626 A1 [0006]DE 102013206626 A1 [0006]
  • DE 102017101208 A1 [0007]DE 102017101208 A1 [0007]
  • DE 102014105097 A1 [0008]DE 102014105097 A1 [0008]

Claims (24)

Vorrichtung (1) zum Regeln eines Durchflusses und Verteilen eines Fluids in einem Fluidkreislauf, insbesondere eines Kältemittels in einem Kältemittelkreislauf, aufweisend ein Gehäuse (2) mit Anschlusselementen (2-1, 2-2, 2-3, 2-4) zum Verbinden mit Fluidleitungen des Fluidkreislaufs und Durchströmöffnungen (5, 6) sowie ein innerhalb des Gehäuses (2) angeordnetes Ventilelement (4) mit Durchgangsöffnungen (9, 10) und einem Antriebselement (12) zum Bewegen des Ventilelements (4) relativ zum Gehäuse (2), wobei das Gehäuse (2) und das Ventilelement (4) miteinander korrespondierend, ein Volumen (7) umschließend ausgebildet und angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (4) mit einer Trennwand (8) zum Unterteilen des Volumens (7) in ein erstes Teilvolumen (7-1) und ein zweites Teilvolumen (7-2) ausgebildet ist, und dass mit der Anordnung des Ventilelements (4) mit den Durchgangsöffnungen (9, 10) zum Gehäuse (2) mit den Durchströmöffnungen (5, 6) mindestens ein Strömungsquerschnitt eines Strömungspfades durch das Gehäuse (2) mit den Anschlusselementen (2-1, 2-2, 2-3, 2-4) und durch das Ventilelement (4) steuernd ausgebildet ist, wobei Strömungspfade zwischen den Teilvolumina (7-1, 7-2) sowie den Teilvolumina (7-1, 7-2) und den Anschlusselementen (2-1, 2-2, 2-3, 2-4) durch die Durchgangsöffnungen (9, 10) öffenbar und verschließbar sind.Device (1) for regulating a flow and distributing a fluid in a fluid circuit, in particular a refrigerant in a refrigerant circuit, having a housing (2) with connection elements (2-1, 2-2, 2-3, 2-4) for connection with fluid lines of the fluid circuit and flow openings (5, 6) and a valve element (4) arranged inside the housing (2) with through openings (9, 10) and a drive element (12) for moving the valve element (4) relative to the housing (2) , wherein the housing (2) and the valve element (4) are designed and arranged to correspond to one another and enclose a volume (7), characterized in that the valve element (4) is provided with a partition (8) for dividing the volume (7) into a first partial volume (7-1) and a second partial volume (7-2) is formed, and that with the arrangement of the valve element (4) with the through-openings (9, 10) to the housing (2) with the flow-through openings (5, 6 ) at least one flow cross-section of a flow path through the housing (2) with the connecting elements (2-1, 2-2, 2-3, 2-4) and through the valve element (4), flow paths between the partial volumes (7-1, 7-2) and the partial volumes (7-1, 7-2) and the connecting elements (2-1, 2-2, 2-3, 2-4) can be opened and closed through the through-openings (9, 10). Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) hohlkreiszylinderförmig mit geschlossenen Stirnseiten (2a, 2b) und einer Mittelachse (3) ausgebildet ist.Device (1) after claim 1 , characterized in that the housing (2) is designed in the shape of a hollow circular cylinder with closed end faces (2a, 2b) and a central axis (3). Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Anschlusselemente (2-3, 2-4) an einer Mantelfläche des Gehäuses (2) derart ausgebildet sind, dass jeweils eine erste Durchströmöffnung (5) und eine zweite Durchströmöffnung (6) des Gehäuses (2) fluidtechnisch miteinander sowie mit einem Stutzen zum Anschließen einer Fluidleitung verbunden sind, wobei die Teilvolumina (7-1, 7-2) über erste Durchgangsöffnungen (9) und zweite Durchgangsöffnungen (10) des Ventilelements (4) sowie die Durchströmöffnungen (5, 6) des Gehäuses (2) miteinander verbindbar sind.Device (1) after claim 2 , characterized in that at least two connection elements (2-3, 2-4) are formed on a lateral surface of the housing (2) in such a way that a first through-flow opening (5) and a second through-flow opening (6) of the housing (2) are fluidic are connected to each other and to a connector for connecting a fluid line, the partial volumes (7-1, 7-2) being connected via first through-openings (9) and second through-openings (10) in the valve element (4) and through-flow openings (5, 6) in the Housing (2) are connected to each other. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Anschlusselement (2-1, 2-2) an einer der geschlossenen Stirnseiten (2a, 2b) des Gehäuses (2) angeordnet ist.Device (1) after claim 2 or 3 , characterized in that in each case one connection element (2-1, 2-2) is arranged on one of the closed end faces (2a, 2b) of the housing (2). Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mantelfläche des Gehäuses (2) ausgebildete erste Durchströmöffnungen (5) in einer ersten Ebene und in der Mantelfläche des Gehäuses (2) ausgebildete zweite Durchströmöffnungen (6) in einer zweiten Ebene angeordnet sind, wobei die Ebenen jeweils von Richtungen x, y aufgespannt und in einer Längsrichtung z voneinander beabstandet angeordnet sind.Device (1) according to one of claims 2 until 4 , characterized in that first flow openings (5) formed in the lateral surface of the housing (2) are arranged in a first plane and second flow openings (6) formed in the lateral surface of the housing (2) are arranged in a second plane, the planes each from Directions x, y spanned and spaced apart in a longitudinal direction z. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine erste Durchströmöffnung (5) und eine zweite Durchströmöffnung (6) in der Längsrichtung z beabstandet zueinander auf einer Mantellinie des Gehäuses (2) angeordnet sind.Device (1) after claim 5 , characterized in that in each case a first through-flow opening (5) and a second through-flow opening (6) are arranged spaced apart from one another in the longitudinal direction z on a surface line of the housing (2). Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (4) hohlkreiszylinderförmig ausgebildet ist, wobei eine Rotationsachse (3) des Ventilelements (4) und die Mittelachse (3) des Gehäuses (2) deckungsgleich zueinander in einer Längsrichtung z ausgerichtet und das Ventilelement (4) mit einer Mantelfläche koaxial zum Gehäuse (2) angeordnet sind.Device (1) according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the valve element (4) is designed in the shape of a hollow circular cylinder, with an axis of rotation (3) of the valve element (4) and the central axis (3) of the housing (2) being aligned congruently with one another in a longitudinal direction z and the valve element (4) with a lateral surface are arranged coaxially to the housing (2). Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (4) mit zwei offenen Stirnseiten und der Trennwand (8) ausgebildet ist, welche das von der Mantelfläche in Umfangsrichtung umschlossene Volumen (7) in die zwei Teilvolumina (7-1, 7-2) unterteilt, wobei das Ventilelement (4) mit den offenen Stirnseiten jeweils zu einer geschlossenen Stirnseite (2a, 2b) des Gehäuses (2) hin derart ausgerichtet angeordnet ist, dass jedes Teilvolumen (7-1, 7-2) von der Mantelfläche und der Trennwand (8) des Ventilelements (4) sowie einer geschlossenen Stirnseite (2a, 2b) des Gehäuses (2) begrenzt ist.Device (1) after claim 7 , characterized in that the valve element (4) is designed with two open end faces and the partition (8), which divides the volume (7) enclosed by the lateral surface in the circumferential direction into the two partial volumes (7-1, 7-2), wherein the valve element (4) is arranged with the open end faces in each case aligned towards a closed end face (2a, 2b) of the housing (2) in such a way that each partial volume (7-1, 7-2) is separated from the lateral surface and the partition wall ( 8) of the valve element (4) and a closed end face (2a, 2b) of the housing (2). Vorrichtung (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (4) als ein gerader Zylinder ausgebildet ist und die Stirnseiten sowie die Trennwand (8) jeweils in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse (3) des Ventilelements (4) angeordnet sind.Device (1) after claim 7 or 8th , characterized in that the valve element (4) is designed as a straight cylinder and the end faces and the partition (8) are each arranged in a plane perpendicular to the axis of rotation (3) of the valve element (4). Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (4) an Stirnseiten (2a, 2b) des Gehäuses (2) jeweils über ein Achslager am Gehäuse (2) abgestützt angeordnet ist.Device (1) according to one of Claims 7 until 9 , characterized in that the valve element (4) on end faces (2a, 2b) of the housing (2) is arranged supported in each case via an axle bearing on the housing (2). Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (4) mindestens drei in der Mantelfläche des Ventilelements (4) ausgebildete Durchgangsöffnungen (9, 10) aufweist, wobei erste Durchgangsöffnungen (9) in einer ersten Ebene jeweils in das erste Teilvolumen (7-1) einmündend und zweite Durchgangsöffnungen (10) in einer zweiten Ebene jeweils in das zweite Teilvolumen (7-2) einmündend angeordnet sind, wobei die Ebenen jeweils von Richtungen x, y aufgespannt und in der Längsrichtung z voneinander beabstandet derart angeordnet sind, dass die erste Ebene in einer Ebene erster Durchströmöffnungen (5) des Gehäuses (2) und die zweite Ebene in einer Ebene zweiter Durchströmöffnungen (6) des Gehäuses (2) ausgerichtet sind.Device (1) according to one of Claims 7 until 10 , characterized in that the valve element (4) has at least three through-openings (9, 10) formed in the lateral surface of the valve element (4), first through-openings (9) in a first plane each opening into the first partial volume (7-1). and second through openings (10) in a second plane, respectively are arranged to open into the second partial volume (7-2), with the planes each spanning directions x, y and being spaced apart from one another in the longitudinal direction z in such a way that the first plane is in a plane of the first through-flow openings (5) of the housing (2 ) and the second plane are aligned in a plane of second flow openings (6) of the housing (2). Vorrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils in einer Ebene benachbart zueinander angeordnete Durchgangsöffnungen (9, 10) des Ventilelements (4) in einem ganzzahligen Vielfachen eines Winkels von 30° versetzt zueinander ausgerichtet sind.Device (1) after claim 11 , characterized in that through-openings (9, 10) of the valve element (4) arranged adjacent to one another in a plane are offset from one another by an integer multiple of an angle of 30°. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchströmöffnungen (5, 6) des Gehäuses (2) und die Durchgangsöffnungen (9, 10) des Ventilelements (4) derart miteinander korrespondierend ausgebildet und zueinander anordenbar sind, dass das Fluid beim Durchströmen expandiert.Device (1) according to one of Claims 1 until 12 , characterized in that the through-flow openings (5, 6) of the housing (2) and the through-openings (9, 10) of the valve element (4) are designed to correspond to one another and can be arranged relative to one another such that the fluid expands as it flows through. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strömungsquerschnitt (14) der Durchgangsöffnungen (9, 10) des Ventilelements (4) jeweils im Wesentlichen eine kreisrunde Form aufweist, wobei der Durchmesser des Strömungsquerschnitts (14) konstant ist.Device (1) according to one of Claims 1 until 13 , characterized in that a flow cross section (14) of the through openings (9, 10) of the valve element (4) each have a substantially circular shape, the diameter of the flow cross section (14) being constant. Vorrichtung (1) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchströmöffnungen (5, 6) des Gehäuses (2) und/oder die Durchgangsöffnungen (9, 10) des Ventilelements (4) an einem umfänglichen Rand Ausformungen, insbesondere Einkerbungen oder Einschnitte, aufweisen.Device (1) after Claim 13 or 14 , characterized in that the through-flow openings (5, 6) of the housing (2) and/or the passage openings (9, 10) of the valve element (4) have formations, in particular notches or incisions, on a peripheral edge. Vorrichtung (1) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberfläche des Ventilelements (4) ausgehend von einem Rand der Durchgangsöffnung (9, 10) mindestens eine Nut (14a, 14b, 14c) ausgebildet ist, welche sich entlang einer radialen Richtung nach außen erstreckt.Device (1) after Claim 14 or 15 , characterized in that on the surface of the valve element (4) starting from an edge of the through hole (9, 10) at least one groove (14a, 14b, 14c) is formed, which extends along a radial direction to the outside. Vorrichtung (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Strömungsquerschnitt (14) der Nut (14b, 14c) der Durchgangsöffnung (9, 10) in radialer Richtung nach außen verjüngend ausgebildet ist.Device (1) after Claim 16 , characterized in that a flow cross section (14) of the groove (14b, 14c) of the through-opening (9, 10) is designed to taper outwards in the radial direction. Vorrichtung (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strömungsquerschnitt (14) der Nut (14a) der Durchgangsöffnung (9, 10) in radialer Richtung nach außen mit einer konstanten Breite ausgebildet ist.Device (1) after Claim 16 , characterized in that a flow cross section (14) of the groove (14a) of the through opening (9, 10) is formed in the radial direction outwards with a constant width. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (4) über ein Verbindungselement (13) mit dem Antriebselement (12) verbunden ausgebildet ist.Device (1) according to one of Claims 1 until 18 , characterized in that the valve element (4) via a connecting element (13) is connected to the drive element (12). Vorrichtung (1) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (13) als eine Welle ausgebildet ist, wobei eine Rotationsachse des Verbindungselements (13) deckungsgleich einer Mittelachse (3) des Gehäuses (2) angeordnet ist.Device (1) after claim 19 , characterized in that the connecting element (13) is designed as a shaft, wherein an axis of rotation of the connecting element (13) is arranged congruently with a central axis (3) of the housing (2). Vorrichtung (1) nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (13) an einem ersten Ende fest mit dem Antriebselement (12) und an einem zum ersten Ende distal ausgebildeten zweiten Ende durch eine Stirnseite (2a, 2b) in das Gehäuse (2) hineinragend und mit dem Ventilelement (4) verbunden angeordnet ist.Device (1) after claim 19 or 20 , characterized in that the connecting element (13) at a first end fixed to the drive element (12) and at a second end distal to the first end projecting through an end face (2a, 2b) into the housing (2) and with the valve element (4) is arranged connected. Vorrichtung (1) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (4) über das Verbindungselement (13) an Stirnseiten (2a, 2b) des Gehäuses (2) jeweils über ein Achslager am Gehäuse (2) abgestützt angeordnet ist, wobei das Verbindungselement (13) in einem Bereich einer Durchführung durch eine erste Stirnseite (2a) des Gehäuses (2) und mit dem zweiten Ende an einer zweiten Stirnseite (2b) des Gehäuses (2) jeweils über ein Radiallager geführt angeordnet ist.Device (1) after Claim 21 , characterized in that the valve element (4) is arranged supported via the connecting element (13) on end faces (2a, 2b) of the housing (2) via an axle bearing on the housing (2), the connecting element (13) being in a region a passage through a first end face (2a) of the housing (2) and with the second end being guided on a second end face (2b) of the housing (2) in each case via a radial bearing. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (12) als ein Stellmotor ausgebildet ist.Device (1) according to one of Claims 1 until 22 , characterized in that the drive element (12) is designed as a servomotor. Verwendung einer Vorrichtung (1) zum Regeln eines Durchflusses und Verteilen eines Fluids nach einem der Ansprüche 1 bis 23 in einem Kältemittelkreislauf eines thermischen Systems, insbesondere eines Thermomanagementsystems, eines Kraftfahrzeugs zum Konditionieren mindestens eines einem Fahrgastraum zuzuführenden Luftmassenstroms sowie mindestens einer Komponente eines Antriebsstrangs.Use of a device (1) for regulating a flow and distributing a fluid according to one of Claims 1 until 23 in a refrigerant circuit of a thermal system, in particular a thermal management system, of a motor vehicle for conditioning at least one air mass flow to be supplied to a passenger compartment and at least one component of a drive train.
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